KR20030015256A - Laser system for processing target material - Google Patents

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KR20030015256A
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스마트 도날드브이
도널드제이 스베트코프
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제너럴 스캐닝, 인코포레이티드
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Abstract

본발명은 목표 재료을 포위하는 재료의 전기적 및/또는 물리적 특성의 바람직하지 않은 변화를 야기하지 않고 마이크로스커픽 영역에서의 마이크로로 구조와 같은 목표재료를 처리하는 에너지 효율 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an energy efficient method and system for treating a target material, such as a microrobe structure in the microscopic region, without causing undesirable changes in the electrical and / or physical properties of the material surrounding the target material.

이 시스템은 처리 제어 신호를 발생하는 컨트롤러와 처리 제어 신호를 기반으로한 변조된 구동 파형을 발생하는 단일 발생기를 포함한다. 파장은 서브 나노초 상승시간을 갖는다. 시스템은 반복속도에서 레이저 펄스 트레인을 발생하기 위해 제 1파장을 갖는 이득 스위치되어 펄스된 반도체 시드 레이저을 포함한다. 구동 파형은 레이저를 펌프하여 펄스 트레인의 각각의 펄스가 소정의 형상을 한다. 더구나, 시스템은 펄스의 소정의 형상을 크게 변경하지 않고 증폭된 펄스를 얻기 위해 펄스를 광학적으로 증폭하는 섬유 증폭기 서브 시스템을 포함한다. 증폭된 펄스는 왜곡이 거의 없으며 레이저로부터의 원래 펄스 트레인과 같은 상대적인 일시 전력분포를 실질적으로 갖는다. 각각의 증폭된 펄스는 실질적으로 사각형의 일시적 전력 밀도 분포, 날카로운 상승시간, 펄스 기간 및 하강시간을 갖는다. 서브 시스템은 또한 증폭된 파장 이동 펄스 트레인을 얻기 위해 제 1 파장을 제 2 큰 파장으로 제어할수 있게 이동하는 광섬유 형태의 파장 시프터를 포함한다.The system includes a controller for generating a process control signal and a single generator for generating a modulated drive waveform based on the process control signal. The wavelength has a sub nanosecond rise time. The system includes a gain switched pulsed semiconductor seed laser having a first wavelength to generate a laser pulse train at a repetition rate. The drive waveform pumps the laser so that each pulse of the pulse train has a predetermined shape. Moreover, the system includes a fiber amplifier subsystem that optically amplifies the pulses to obtain amplified pulses without significantly altering the desired shape of the pulses. The amplified pulse has little distortion and substantially has a relative transient power distribution like the original pulse train from the laser. Each amplified pulse has a substantially rectangular temporal power density distribution, sharp rise time, pulse duration and fall time. The subsystem also includes a wavelength shifter in the form of an optical fiber that is controlably shifted from the first wavelength to the second large wavelength to obtain an amplified wavelength shift pulse train.

Description

목표재료를 처리하는 레이저 시스템{LASER SYSTEM FOR PROCESSING TARGET MATERIAL}LASER SYSTEM FOR PROCESSING TARGET MATERIAL}

메모리와 같은 반도체 장치는 주 실리콘 기판에 의해 지지된 실리콘 산화물과 같은 투명 절연체에 접착된 전도 링크를 일반적으로 갖는다. 이러한 반도체 장치의 레이저 처리 중, 비임이 링크 또는 회로 소자에 입사하는 동안, 에너지가 기판 또는 다른 구조에 도달하게 된다. 비임의 파워에 의존하여, 비임의 적용시간 길이, 기타 작동 파라미터 , 실리콘 기판 및/또는 주위가 과열되어 손상될 수 있다.Semiconductor devices such as memories generally have conductive links bonded to a transparent insulator such as silicon oxide supported by a main silicon substrate. During the laser processing of such a semiconductor device, energy enters the substrate or other structure while the beam is incident on the link or circuit element. Depending on the power of the beam, the length of time of application of the beam, other operating parameters, silicon substrate and / or surroundings may overheat and damage.

여러 선행기순의 문헌을 살펴보면, 기판 손상 제어에 대한 임계 파라임터로서의 파장의 선택의 중용성이 개시되어 있다. 미국특허 4,399, 345; 5,265,114; 5,473,624; 5,569,398호는 실리콘 기판의 손상을 방지하기 위해 1.2mm이상의 범위에서의 파장의 선택의 장점을 개시하고 있다.A review of several prior art documents discloses the neutrality of the choice of wavelength as a critical parameter for substrate damage control. US Patent 4,399, 345; 5,265,114; 5,473,624; 5,569,398 discloses the advantages of choosing a wavelength in the range of 1.2 mm or more to prevent damage to the silicon substrate.

상술한 '759특허의 개시는 실리콘의 파장 특성에 대해 상세히 설명하고 있다. 실리콘에서의 흡수는 온실온도에서 약1.12마이크론의 흡수 에지를 가진 약 1마이크론 뒤에 급속히 강하한다. 1.12마이크론 이상의 파장에서, 실리콘은 매우 쉽게 전달을 시작하여 이 실리콘은 실리콘으로부터 재료을 제거할 때, 양호한 부품 생산물을 얻을 수 있다. 거의 1 마이크론의 범위에서, 흡수 계수는 0.9마이크론에서 1.2마이크론으로 시행하는 크기의 4차의 인자까지 감소한다. 1.047마이크론에서 1.2마이크론의 표준 레이저 파장으로 진행할 때, 곡선은 크기의 2차의 강하를 나타낸다. 이는 파장의 매우 작은 변화에 대한 흡수의 빠른 변화를 나타낸다. 따라서, 기판의 흡수 에지이상의 파장에서 레이저를 작동하는 것은 기판에 대한 손상을 완화하게되는데, 이는, 링크에 대한 레이저 비임의 약간의 불일치가 있는 경우나 비임된 스폿이 링크 구조 이상으로 연장하는 경우 특히 중요하다. 더구나, 기판온도가 처리중 상승하는 경우, 흡수 곡선 이동은 적외선으로 더 이동하여 열폭주현상과 커다란 손상을 야기한다.The foregoing disclosure of the '759 patent describes the wavelength characteristics of silicon in detail. Absorption in silicon drops rapidly behind about 1 micron with an absorption edge of about 1.12 microns at greenhouse temperatures. At wavelengths above 1.12 microns, silicon begins to transfer very easily and when silicon removes material from the silicon, a good part product can be obtained. In the range of nearly 1 micron, the absorption coefficient decreases from the fourth order of magnitude, ranging from 0.9 microns to 1.2 microns. When running from 1.047 microns to a standard laser wavelength of 1.2 microns, the curve shows the second drop in magnitude. This represents a quick change in absorption for very small changes in wavelength. Thus, operating the laser at wavelengths above the absorbing edge of the substrate mitigates damage to the substrate, particularly if there is some mismatch of the laser beam to the link or if the beamed spot extends beyond the link structure. It is important. Moreover, when the substrate temperature rises during processing, the absorption curve shifts further to infrared, causing thermal runaway and significant damage.

액정 수선의 문제는 금속 링크 제거의 문제와 유사하다. 흡수 컨트라스트를 최대화하는 파장 선택 원리는 동일 목적용 상술한 개재에 유사한 방식, (기판 손상없이 금속의 제거)으로 녹색 파장 영역에 적용되는 것이 바람직하다. Florod 제조의 시스템이 다음에 설명되어 있다(다음: the publication "Xenon Laser Repairs Liquide Crystal Displays", LASERS AND OPTRONICS,Page 39-41, April 1988).The problem of liquid crystal repair is similar to the problem of metal link removal. The wavelength selection principle of maximizing absorption contrast is preferably applied to the green wavelength region in a manner similar to the above-described inclusion for the same purpose (removal of metal without substrate damage). The system of Florod manufacturing is described next (the publication: Xenon Laser Repairs Liquide Crystal Displays ", LASERS AND OPTRONICS, Page 39-41, April 1988).

파장선택이 이로운 것으로 판명된 것과 마찬가지로, 레이저 프로세싱 원도우를 향상시키 위해 기타의 파라미터를 조절할 수 있다는 것이 인지되어 오고 있다. 예를들어, 이는 다음에 개재되어 있다(다음: "Computer Simulation of Target Link Explosion in Laser Programble Redundancy for Silicon Memory " by L.M. Scarfone and J.D. Chlipala, 1986,p.371).Just as wavelength selection has proved beneficial, it has been recognized that other parameters can be adjusted to improve the laser processing window. For example, this is disclosed in the following: "Computer Simulation of Target Link Explosion in Laser Programmable Redundancy for Silicon Memory" by L.M. Scarfone and J.D. Chlipala, 1986, p. 371.

레이저 파장과 여러 재료 두께를 선택하여 링크 제거 처리를 위한 흡수를 강화시키고 나머지 구조의 손상을 방지하기 위해 다른 어는 곳에서는 흡수를 감소시키는 것이 바람직하다. 링크 또는 회로 소자 아래의 두꺼운 절연층의 유용성과, 히팅 펄스의 기간을 제한하는 유용성이 출원인의 공동 논문에서 처럼 인지되었다(삳기 공동 논문: "Laser Adjustment of Linear Monolithic Circuits,"Litwin and Smart, 100/L.I.A., Vol. 38, ICAELO(1983).It is desirable to select laser wavelengths and different material thicknesses to enhance absorption for the link removal process and to reduce the absorption elsewhere to prevent damage to the rest of the structure. The usefulness of the thick insulating layer under the link or circuit element, and the usefulness of limiting the duration of the heating pulse, were recognized as in the applicant's paper (see "Laser Adjustment of Linear Monolithic Circuits," Litwin and Smart, 100 /. LIA, Vol. 38, ICAELO (1983).

'795 특허는 더 긴 파장의 선택으로 나타나는 트레이드오프, 특히 Nd:YAG레이저로부터 이용 가능한 스폿크기, 집속의 깊이 및 펄스폭에 대한 트레이드오프를 개시하고 있다. 이들 파라미터는 매우 작은 크기에서 레이저 처리를 위해, 그리고 주위구조의 상호 손상의 기회가 존재하는 경우에 매우 중요하다.The '795 patent discloses a tradeoff in the selection of longer wavelengths, in particular the spot size, focus depth and pulse width available from Nd: YAG lasers. These parameters are very important for laser processing at very small sizes and where there is a chance of mutual damage of the surrounding structure.

사실, 처리 원도우를 확대하는 개량은 산업이 고 밀도 마이크로구조 및 깊이 또는 양쪽 크기가 1마이크로인 부분인 관련 기하로 추진되기 때문에 장점이 있다.에너지와 목표물 흡수의 공차는 이러한 치수로 마이크로구조를 처리하는데 필요한 에너지에 비교하여 크게 된다. 이 논문으로부터 레이저 처리 파라미터는 약 1㎛의 작은 레이저 스폿이 요구되는 마이크로머싱 응용에서 받드시 독자적으로 필요하지 않다는 것을 알수 있다. 예를들어, 스폿 크기와 펄스 폭은 1.2㎛이하의 단파장으로 최소화 되어 있지만, 흡수 컨트라스트는 최대화 되어있지 않는다. 반도체 장치의 메이커는 다른 구조 처리를 일반적으로 이용하는 매우 향상된 버젼의 생산을 개발하는 동안 이미 개발된 재품의 생산을 일반적으로 지속한다. 많은 현재의 폴리실리사이드 또는 폴리실리콘 링크을 사용하는 반면, 금속의 소형구조를 256메가비트와 같은 강화된 재품에 대해 이용된다. 0.3-0.5마이크론의 얇은 실리콘 산화층위에 높은 1/3마이크론 깊이와 1마이크론 폭의 링크가 이러한 대형 메모리에 이용된다. 생산 장비는 Q스위치된 다이오드 펌프 레이저, 1.047㎛-11.32㎛의 종래의 파장에서 작동할 수 있는 관련 장비 및 실리콘에 의한 저 흡수에 대해 인지된 파장영역에서 작동할 수 있는 관련장비를 가지고 있다. 그러나, 사용자는 제거 지역부근에서의 전도 이용 또는 오염으로 인한 최종 칩 손상의 위험없이 링크구조의 세정 서비스를 야기하는 장비 개량의 잇점을 실현한다.Indeed, an improvement in expanding the processing window is advantageous because the industry is driven by high density microstructures and associated geometries of either depth or 1 micron in both sizes. Tolerances in energy and target absorption are required to process microstructures in these dimensions. It is large compared to the energy required to do so. It can be seen from this paper that laser processing parameters are not required independently for micromaching applications where small laser spots of about 1 μm are required. For example, the spot size and pulse width are minimized to short wavelengths of less than 1.2 µm, but the absorption contrast is not maximized. Manufacturers of semiconductor devices generally continue to produce already developed products while developing highly improved versions of production that typically use other structural processes. While many current polysilicide or polysilicon links are used, the compact structure of the metal is used for reinforced materials such as 256 megabits. A high 1/3 micron deep and 1 micron wide link on a 0.3-0.5 micron thin silicon oxide layer is used for this large memory. The production equipment has a Q-switched diode pump laser, associated equipment capable of operating at conventional wavelengths of 1.047 μm-11.32 μm and associated equipment capable of operating in the perceived wavelength range for low absorption by silicon. However, the user realizes the advantage of equipment improvements that cause the cleaning service of the link structure without the risk of final chip damage due to conductive use or contamination near the removal area.

또 다른 자유도는 (목표물에 전달된)레이저 펄스 에너지 밀도 및 펄스기간을 포함한다. 펄스폭이 마이크로머싱 응용에서 손상으로 방지하기 위해 제한되어 있다는 것이 공지되어 있다. 예를들어, 미국특허 5, 059,764호에서, 레이저 처리 워크스테이션의 Q 스위치된 레이저 시스템을 이용하여 10-50ns의 매우 짧은 펄스를 발생한다. (링크 블로잉 및 정밀 조각을 통한 반도체 메모리 수선과 같은) 재료처리응용을 위해, 출력 펄스폭이 매우 짧아야 되고 50ns이하의 펄스폭이 많은 응용, 예를들어 30ns에 요구된다. 펄스폭의 적절한 선택은 (용융없은 증발)제거를 허여한다.Still other degrees of freedom include laser pulse energy density (transferred to target) and pulse duration. It is known that pulse widths are limited to prevent damage in micromaching applications. For example, in US Pat. No. 5, 059,764, a very short pulse of 10-50 ns is generated using a Q switched laser system of a laser processing workstation. For material processing applications (such as semiconductor memory repair via link blowing and precision engraving), the output pulse width must be very short and pulse width applications of less than 50 ns are required for many applications, for example 30 ns. Appropriate choice of pulse width allows for removal (no melting).

고속 펄스 레이저 디자인은 Q스위치 또는 모드록된 작동을 이용할 수 있다. 펄스 기간, 표준 Q스위치되고 및 펄스된 레이저의 형상은 펄스 개시에서 레이싱 임계치에 대한 포토수 밀도와 모집단 반전을 설명하는 관련된 비율식을 집적화함으로써 기본레벨에서 근접될수 있다. Q스위치된 경우에 대해, 정규화한 크기에 대해, 임계치에 대한 반전되는 모집집단의 원자의 수가 많으면 많을수록, 펄스 상승시간이 빠라지고, 폭이 좁아지고 피크에너지가 높게된다. 그 양이 감소함에 따라, 펄스 형상은 낮은 에너지 밀도로 더 넓게된다.Fast pulsed laser designs can use Q-switched or mode-locked operation. The pulse duration, standard Q-switched and pulsed laser shape can be approximated at the base level by integrating a related number equation describing the population number density and population inversion relative to the racing threshold at the pulse initiation. For the Q-switched case, for a normalized size, the larger the number of atoms of the population inverted with respect to the threshold, the faster the pulse rise time, the narrower the width, and the higher the peak energy. As the amount decreases, the pulse shape becomes wider with lower energy density.

통상, Q스위치된 레이저 펄스는 가우시안의 일시적인 분포 또는 지수 붕괴 테일을 갖는 가우시안의 혼합체와 유사하다. 특허'759에 개재되어 있듯이, 더 짧은 파장 다이오드 펌프 시스템은 파워 포인트(즉, 펄스 기간의 표준 세밀도)의 1/2에서 측정될때, 매우 짧은 펄스, 약 10ns을 발생할 수 있고, 바람직한 파장 범위에서 작동한다. 성공적인 작동에도 불과하고, 출원인은 실제 상승 시간 제한, 1/2최대 포인트사이의 전력 분포, 본 발명의 방법과 시스템을 이용하여 향상될 때, 금속 링크 블로잉 응용의 현저한 양호한 결과가 제공된 펄스 붕괴 특성을 포함하는 표준 다이오드 펌프 Q스위치 레이저 시스템 의 일시적인 펄스 형상과 관련된 여러 제한이 발견되어오고 있다.Typically, a Q-switched laser pulse is similar to a Gaussian mixture with a Gaussian temporary distribution or exponential decay tail. As disclosed in patent '759, shorter wavelength diode pump systems can generate very short pulses, about 10 ns, when measured at half the power point (i.e., the standard fineness of the pulse period), Works. In addition to successful operation, Applicants have demonstrated the pulse breakdown characteristics provided with substantial rise time limitations, power distributions between one-half maximum points, and significant improvements in metal link blowing applications when improved using the methods and systems of the present invention. Several limitations have been found regarding the transient pulse shape of a standard diode pump Q switch laser system that includes it.

이후의 명세서 전반에 있어서, "펄스형상"이란 전자기 방사의 검출기로 검출되어지는 레이저 펄스의 발생을 의미하고, 여기서, "형상"이란 시간의 함수로 검출기사이의 전력을 의미한다. 더구나, "펄스 폭" 또는 "펄스기간"은 다른 설명이 되지 않는 한, 1/2최대에서의 전체 폭(FWHM)을 의미한다. 또한, Q 스위치된 펄스는 매우 느린 붕괴 지수 테일을 가진 실질적인 가우시안 중앙 로브의 혼합물과 유사한 표준 Q 스위치된 시스템에서 얻어진 펄스의 일시적인 분포를 의미한다. 이들 파형은 레이저 논문에서 "Q스위치된 펄스 엔벨로프"라고 일반적으로 한다.Throughout the following specification, "pulse shape" means the generation of laser pulses detected by a detector of electromagnetic radiation, where "shape" means the power between the detectors as a function of time. Moreover, "pulse width" or "pulse period" means the full width (FWHM) at half maximum unless otherwise indicated. In addition, Q-switched pulses mean a transient distribution of pulses obtained in a standard Q switched system, similar to a mixture of substantially Gaussian center lobes with very slow decay exponent tails. These waveforms are commonly referred to as "Q-switched pulse envelopes" in laser papers.

미국특허 5,208,437(즉, '437특허)에서, 1ns이하의 펄스 폭에 관한 예는 메모리 수선 응용에 특정되어 있다. "Laser Cutting of Aluminum Thin Film With No Damage to Under Layers", ANNALS OF THE CIRP, Vol 28/1, 1979에 개시된 '437의 공동 발명자에 의한 초기 작업은 상술했듯이, "가우시안"형상을 갖는 매우 짧은 레이저 펄스을 가진 실험 결과가 포함된다. 알류미늄 등으로 된"상호 접속 패턴의 바람직한 부분"에 나타난 결과는 손상되고 있는 상호접속 패턴의 아래에 배치된 층없이 삭제된다. 실질적으로, 106W/cm2의 에너지 밀도를 가지는 1ns 또는 그 이하의 펄스폭에 대한 명세는 장치에 대해 개재되어 있다. 그러나, 비임이 상호 접속 패턴에 대응하도록 공간적으로 형성되어 있을 지라도, 일시적 펄스 형상의 방법에 관한 개재는 없다. 더구나, '437특허에 이용되는 100-300ps로 접근하는 매우 빠른 처리에서 특정된 펄스폭을 가진 다증층을 가진 고 밀도 메모리 장치에 대한 출원인의 분석은 만족스럽지 않다. 이를 극복하는 것은, 수용할 수 없는 레벨에 대한 레이저 처리 속도를 감소할 수 있는 각각의 목표 사이트를 처리하는 다중 펄스를 발생하기위해 최고속 레이저 시스템을 요구될 수 있다.In US Pat. No. 5,208,437 (i.e., the '437 patent), examples of pulse widths of 1 ns or less are specific to memory repair applications. Initial work by the co-inventor of '437, disclosed in "Laser Cutting of Aluminum Thin Film With No Damage to Under Layers", ANNALS OF THE CIRP, Vol 28/1, 1979, as described above, a very short laser having a "Gaussian" shape. Experimental results with pulses are included. The result shown in " preferred portion of the interconnection pattern " of aluminum or the like is deleted without the layer disposed below the interconnection pattern being damaged. In practice, specifications for pulse widths of 1 ns or less with an energy density of 10 6 W / cm 2 are disclosed for the device. However, even if the beam is spatially formed to correspond to the interconnection pattern, there is no intervening method of the temporary pulse shape. Furthermore, Applicants 'analysis of high density memory devices with multiple layers with specified pulse widths in very fast processing approaching 100-300 ps used in the' 437 patent is not satisfactory. Overcoming this may require the fastest laser system to generate multiple pulses that process each target site, which may reduce the laser processing speed for unacceptable levels.

초고속 스케일에 지속하는 실험 결과는 마이크로머싱 작동에 대해 개재되어 있다. 초고속 펄스는 fs(10-15sec)에서 ps(10-12)의 차수에 대한 기간을 갖고 감소 스케일에서, 수백 ps-ns의 범위에서 발견되는 것보다 기본적으로 다른 원자 및 분자의 재료특성에 이바지 한다.Experimental results that persist on ultrafast scales are published for micromachining operations. Ultrafast pulses have a period for orders of ps (10-12) at fs (10-15 sec) and contribute fundamentally to the material properties of other atoms and molecules than those found in the range of hundreds of ps-ns on a reduced scale. .

미국 특허5,656,186 및 공보, "Ultrashort Laser Pulses tackle precision Maching " LASER FOCUS WORLD, August 1997, pages 101-118에서, 여러 파장에 있어서의 기계 동작이 분석되고 집속된 비임의 굴절이 제한된 스폿크기보다 매우 짧은 기계가공된 특성 크기가 설명되어 있다.In U.S. Patent 5,656,186 and the publication "Ultrashort Laser Pulses tackle precision Maching" LASER FOCUS WORLD, August 1997, pages 101-118, the machine behavior at various wavelengths is analyzed and the machine is shorter than the spot size where the deflection of the focused beam is limited. The processed characteristic size is described.

초고속 펄스 발생용 레이저 시스템이 복잡도가 변하고 미국특허 5,920, 668 , 5,400,350 및 Ultrafast Lasers Escape The Lab", PHOTONICS SPECTRA, July 1998, pp. 157-161에 설명되어 있다. 이 실시예는, 매우 좁은 폭의 압축에 의해 추종되는 증폭기 포화를 방지하기 위해 증폭에 앞서 모드 록 초고속 펄스의 펄스 스트레칭의 방법을 일반적으로 포함한다. 이 기술은 마이크로머싱 및 가능한 세밀한 크기의 "나노머싱"작업의 등급을 보중하며, 이 나노머싱의 이익은 굴절률 제한 이하의 머싱에 의해 제공된다. 그러나, 출원인은 금속링크 블로잉 및 다중펄스에 대한 허여되지 않은 요건을 발행하는 마이크로머싱 응용에 대한 각각의 펄스에서 이용가능한 전력에 있어서 현제 실질적인 제한이 있다는 것을 알았다.Laser systems for ultrafast pulse generation vary in complexity and are described in US Pat. Nos. 5,920, 668, 5,400,350 and Ultrafast Lasers Escape The Lab ", PHOTONICS SPECTRA, July 1998, pp. 157-161. In order to prevent amplifier saturation followed by compression, the method generally includes a method of pulse stretching of mode lock ultrafast pulses prior to amplification, which complements the degree of micromaching and "nanomapping" of the finest possible size, The benefits of this nanomachining are provided by the machined sub-refractive index limiting, however, Applicants now present in the power available at each pulse for micromaching applications that issue unrestricted requirements for metallink blowing and multipulse. It has been found that there are practical limitations.

출원인은 짧은 펄스의 이용원리을 설명하기를 원한다. 빠른 상승 시간은 이유가 다향하기 때문에 다음 패라그래프에서 지적되어 있고 다수의 이론 및 경험 논문 및 도서가 이 문제에 대해 기술하고 있다. 이러한 원리가 목표재료가 실질적으로 다른 광 및 열 특성을 가지는 재료에 의해 포위되는 많은 레이저 처리응용에 확대 될지라도 금속링의 제거는 예로서 취해진다.Applicants want to explain the principle of use of short pulses. The rapid rise times are multifaceted for a variety of reasons and are pointed out in the following paragraphs and many theoretical and empirical papers and books describe this problem. Although this principle extends to many laser processing applications where the target material is surrounded by materials having substantially different light and thermal properties, removal of the metal ring is taken as an example.

다음 문헌 1-3은 그 예이다.Document 1-3 below is an example.

1. John F. Ready, Effects of High Power Laser Radiation, ACADEMIC PRESS, NEW YORK 1971, Pages 115-116.John F. Ready, Effects of High Power Laser Radiation, ACADEMIC PRESS, NEW YORK 1971, Pages 115-116.

2. Sidney S. Charschan, Guide for Material Processing By Lasers, Laser Institute of America, The Paul M. Harrod Company, Baltimore MD, 1997, Pages 5-13.Sidney S. Charschan, Guide for Material Processing By Lasers, Laser Institute of America, The Paul M. Harrod Company, Baltimore MD, 1997, Pages 5-13.

3. Joseph Bernsteine, J.H. Lee, Gang Yang, Tariq A, Dahmas, Analysis of Laser Metal-Cut Energy Process Window(공개예정)3. Joseph Bernsteine, J.H. Lee, Gang Yang, Tariq A, Dahmas, Analysis of Laser Metal-Cut Energy Process Window

금속반사률Metal reflectance

금속반사률은 레이저 펄스(참조1)의 증가한 전력 밀도에 따라 감소한다. 금속의 반사률은 재료의 자유전자 전도도에 정비례한다. 고 강도 레이저에 의해 전달될때 높은 전기장 밀도에서, 전자와 격자의 사이의 충돌 시간이 감소한다. 충동시간의 감소는 전도도를 감소시키게 되어 반사률을 감소시킨다. 예를들어, 알루미늄의 반사률은 레이저 파장 전력 밀도가 109watte/cm2의 범위로 감소할때 92%-25%이하로 감소한다. 따라서, 반사에 대한 레이저 에너지의 손실을 방지 하기 위해 가능한 짧은 시간에 워크피이스에서 높은 전력밀도를 성취하는 것이 잇점이 있다.Metal reflectivity decreases with increasing power density of the laser pulse (reference 1). The reflectance of the metal is directly proportional to the free electron conductivity of the material. At high electric field densities when delivered by high intensity lasers, the collision time between electrons and the grating is reduced. Reducing the impulse time decreases the conductivity and hence the reflectance. For example, the reflectivity of aluminum decreases below 92% -25% when the laser wavelength power density decreases in the range of 10 9 watte / cm 2 . Therefore, it is advantageous to achieve high power density at the work piece in the shortest possible time to prevent the loss of laser energy for reflection.

열분산Heat dissipation

레이저 펄스 동안의 열이동은 다음가 같이 레이저 펄스에 비례한다.Thermal shift during the laser pulse is proportional to the laser pulse as follows.

여기서,here,

K는 재료의 열분산K is the heat dissipation of the material

t는 레이저 펄스의 길이t is the length of the laser pulse

따라서, 레이저 펄스는 융융 링크아래의 기판에 대한 열 감쇠와 링크에 연속한 재료의 양쪽으로 열전도를 방지 한다는 것을 알수 있다.Thus, it can be seen that the laser pulses prevent thermal conduction both in the thermal attenuation of the substrate under the fusion link and in the material subsequent to the link.

열스트레스 및 링크제거Thermal stress and link removal

에너지 흡수를 통해, 목표 금속 링크가 상온으로 가열하여 팽창하게 된다. 그러나, 이 링크를 포위하는 산화물은 확장 재료를 포함한다. 따라서, 스트레스가 이 산화물내에 축적된다. 어는 점에서, 팽창 금속의 압력은 산화물의 항복점을 초과하고 이 산화물은 크랭크되어 금속링크가 미소한 입자 증기로 폭발한다. 금속링크의 이론적인 크랭크점은 최대 스트레스 점에서 발생하는데, 이 최대 스트레스 점은 도 1b에 도시되어 있듯이, 상부와 하부의 모드의 링크의 모두에 있다.Through energy absorption, the target metal link is heated to room temperature and expands. However, the oxide surrounding this link includes an expansion material. Thus, stress builds up in this oxide. At freezing point, the pressure of the expanded metal exceeds the yield point of the oxide and the oxide cranks and the metal links explode into microparticle vapors. The theoretical crank point of the metal link occurs at the maximum stress point, which is at both the upper and lower modes of the link, as shown in FIG.

링크위의 산화물이 다소 얇은 경우, 산화물의 클랭크가 링크의 상부에서만 및 산화물에서 발생하게되고 이 링크가 도 1a에 도시되어 있듯이 제거된다. 그러나, 산화물이 다소 두꺼운 경우에 있어서는, 클랭킹이 링크의 바닥은, 물론 상부에서 발생할수 있고, 크랭킹은 도 1b에 도시되어 있듯이, 기판 아래로 전달된다. 이것은 매우 바람직하지 않은 조건이다.If the oxide on the link is rather thin, cranks of the oxide will only occur at the top of the link and at the oxide and this link is removed as shown in FIG. 1A. However, in the case where the oxide is rather thick, cranking can occur at the top of the link, as well as at the top, and cranking is transferred under the substrate, as shown in FIG. This is a very undesirable condition.

Q스위치된 레이저 시스템은 여러 형상의 짧은 펄스를 제공하기 위해 변형될수 있다. 높은 피크 전력을 발생하는 선행기술의 레이저, 즉 짧은 펄스 레이저는 표준 Q스위치 레이저이다. 이들 레이저는 완만한 펄스 상승 시간을 갖는 일시적인 펄스를 발생한다. 비임의 단면의 부분을 스위치 아웃시키는 포클 셀 펄스 펄스 슬라이서(Pockel Cell plus slicer)을 이용하여 이 일시적인 형상을 변경할 수 있다. 본발명의의 출원인이 발명하고 양수인이 동일한 미국특허 제 4,483,005호 즉, 특허,005특허)에서, 레이저 비임 펄스 폭에 영향을 주는(즉, 레이저 비임 펄스폭를 감소하는)여러 방법이 개시되어 있다. 참고로 본 명세서에 포함된 ,'005특허에 기재되어 있듯이, 레이저 펄스는 중앙 로브바깥쪽의 에너지를 잘라버리므로써 "비가우시안"형상 비임을 만들도록 레이저 펄스가 형상될 수 있다. 주지해야 할 것은, 매우 넓은 Q스위치된 파형이 좁고 균일한 형상으로 변환되는 경우, 펄스 에너지의 작은 부분만이 이용된다는 것이다. 예를들어, 날카로운 상승시간과 10%내의 편평도를 가진 좁은 펄스를 제공하기 위한 가우시안 펄스의 절단은 약 65%까지 펄스 에너지를 감소시킨다.Q-switched laser systems can be modified to provide short pulses of various shapes. Prior art lasers that generate high peak power, ie short pulsed lasers, are standard Q-switched lasers. These lasers generate transient pulses with a gentle pulse rise time. This temporary shape can be altered using a Popel Cell pulse pulse slicer that switches out part of the cross section of the beam. In the same U.S. Patent No. 4,483,005, which is the inventor of the present invention and the assignee is the same, a number of methods for influencing (ie, reducing the laser beam pulse width) are disclosed. As described in the '005 patent, which is incorporated herein by reference, the laser pulses can be shaped to create a "non-Gaussian" shape beam by cutting off the energy outside the central lobe. It should be noted that when a very wide Q-switched waveform is converted into a narrow, uniform shape, only a small fraction of the pulse energy is used. For example, cutting off a Gaussian pulse to provide a narrow pulse with sharp rise time and flatness within 10% reduces the pulse energy by about 65%.

유사하게, 미국특허 제 4,114,018호(즉, '018특허)에서, 사각펄스를 생성하기 위한 일시적인 펄스 형상이 개시되어 있다. 도 7은 매우 편평한 레이저 전력 출력에 대한 시간 간격을 도시한다. 이 '018특허 방법에서, 바람직한 펄스를 발생하도록 비임 강도의 일시적인 새그먼트을 제거하는 것이 요구된다.Similarly, in U.S. Patent 4,114,018 (i.e., the '018 patent), a transient pulse shape for generating square pulses is disclosed. 7 shows the time interval for a very flat laser power output. In this' 018 patent method, it is required to remove the temporary segment of beam intensity to generate the desired pulse.

선행기술에 대한 바람직한 개량은 빠르게 붕괴하는 테일을 가진 펄스 기간내의 높은 에너지 엔클로저을 가진 짧은 펄스르 발생하는 효과적인 방법을 제공할 수 있다. 이를 성취하기 위해, Q스위치 펄스 엔벨로프의 펄스 형상과 다른 펄스 형상을 발생하는 레이저 기술이 바람직하다. 이러한 펄스는 빠른 상승 시간과, 중앙 로브에서의 균일한 에너지 및 빠른 붕괴를 갖는다.Preferred improvements to the prior art can provide an effective way of generating short pulses with high energy enclosures within pulse periods with rapidly decaying tails. To accomplish this, a laser technique that generates a pulse shape different from the pulse shape of the Q-switched pulse envelope is desirable. These pulses have a fast rise time, uniform energy in the central lobe and a quick collapse.

표준 Q스위치 Nd: YAG이외의 레이저에 의해 발생 하듯이, 고전력 밀도 펄스는 이러한 것을 가장 잘 성취한다.As generated by lasers other than the standard Q-switch Nd: YAG, high power density pulses accomplish this best.

이들 의 잇점은 종래의 Q스위치된 반도체 다이오드 또는 램프 펌프된 YAG기수과는 상당이 다른 레이저 기술을 시용하는 시스템에서 바람직한 방식으로 수행된다.These benefits are performed in a preferred manner in systems employing laser techniques that differ significantly from conventional Q-switched semiconductor diodes or lamp-pumped YAG radix.

선행기술에 대한 향상은 표준 Q스위치된 펄스, 즉, 빠른 상승시간, 중앙로브에서 매우 균일하고 높은 에너지 농도를 갖는 펄스와 다른 형상을 하는 펄스를 발생하는 방법 및 시스템으로 바람직하다.Improvements to the prior art are desirable with methods and systems for generating standard Q-switched pulses, i.e., fast rise times, pulses that are shaped differently from pulses with very uniform and high energy concentrations in the central lobe.

본 발명은 목표재료를 처리하기 위한 에너지 효율이 좋은 레이저를 기반으로 한 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 반도체 기판상의 회로소자의 부분을 제거하거나, 그렇지 않은 경우 변경하는 펄스 레이저의 이용에 관한 것으로, 특히, 메모리 수선을 위해 증발금속, 폴리실리사이드 및 폴리실리콘 링크에 이용될수 있다. 주변영역 및 구조에 손상을 주지않고 비균일한 광학 및 열특성을 흔히 갖는 마이크로스코프 구조를 제거 하거나 개량하는 것이 특히 바람직한 경우, 마이크로머싱 및 기타 수선작업에 또 다른 응용이 적용될 수 있다. 유사하게, 재료 처리 작업을 기타 마이크로 반도체 장치, 예를들어 마이크로 일렉트로 메커니컬 머싱에 적용할 수 있다. 소형 광 파이버 프로브를 이용한 마이크로스코프 섬유 또는 셀과같은 의학적인 응용이 존재할 수 있다.The present invention relates to an energy efficient laser based method and apparatus for processing a target material. In particular, the present invention relates to the use of pulsed lasers to remove or otherwise alter portions of circuitry on semiconductor substrates, and in particular can be used in evaporation metals, polysilicides and polysilicon links for memory repair. Another application may be applied to micromachining and other repair operations where it is particularly desirable to remove or refine the microscopic structure, which often has non-uniform optical and thermal properties without damaging the surrounding area and structure. Similarly, material processing operations can be applied to other micro-semiconductor devices, such as micro electro mechanical machining. There may be medical applications such as microscopic fibers or cells using small optical fiber probes.

도 1은 확장 증발된 금속에 의해 야기된 반도체의 상표면층에만의 스트레스 크랙을 도시한 개략도.1 is a schematic diagram showing stress cracks only in the branded surface layer of a semiconductor caused by expanded evaporated metal;

도 1b는 확장 증발된 금속에 의해 야기된 반도체의 상층과 하층에서의 스트레스 클랙의 개략도.1B is a schematic diagram of stress cracks in the upper and lower layers of a semiconductor caused by expanded evaporated metal.

도 1c는 "Q스위치된 펄스 엘벨로프"라고 하는 지수 테일을 가진 가우시안의 혼합물 또는 가우시안 향상을 닯은 선행기슬 레이저 펄스를 도시한 도면.1C shows a mixture of Gaussians with exponential tails called “Q-switched pulse envelopes” or pre-gas laser pulses with Gaussian enhancement.

도 2는 Q 스위치된 동일한 전체 에너지에 비교할 때, 금속링크를 처리하는 본 발명의 바람직한 펄스 형상의 도면.FIG. 2 is a diagram of a preferred pulse shape of the present invention treating a metal link as compared to the same total energy Q switched.

도 3a 및 도 3b는 변경된 펄스을 발생할 때에 공간이 근접한 두개의 짧은 펄스을 결합하는 방법을 도시한 도면.3A and 3B illustrate a method of combining two short pulses in close proximity when generating modified pulses.

도 4a 및 도 4b는 일반적인 펄스 형상의 펄스 에너지 엔클로저를 개량하는 "펄스 슬라이싱"의 결과를 나타낸 도면.4A and 4B show the results of " pulse slicing " to improve a general pulsed pulse energy enclosure.

도 5는 레이저 재료 처리용 바람직한 레이저 시스템의 일반적인 블록도.5 is a general block diagram of a preferred laser system for laser material processing.

도 6a는 반도체 시드 레이저로 분포된 블랙(bragg) 레이저를 가진 MOPA중 하나의 형태의 개략도로, 이는 단일 레이저 및 바람직한 펄스 형상을 발생하는 광파이버 증폭기이다.6A is a schematic of one form of MOPA with a black laser distributed with a semiconductor seed laser, which is a single fiber and an optical fiber amplifier that produces the desired pulse shape.

도 6b는 외부 증공 튜닝을 가진 단일 주파수 레이저와 섬유광 증폭기의 개략도.6B is a schematic diagram of a single frequency laser and fiber optic amplifier with external boost tuning.

도 7은 바람직한 감쇠기와 임의 시프터를 포함하는 본 발명의 또 다른 레이저 시스템의 블록도.7 is a block diagram of another laser system of the present invention including the preferred attenuator and any shifter.

도 8은 실리콘 디옥사이드 층의 두께의 기능으로 도9의 실리콘 디옥사이드와 실리콘 기판사이의 인터패이스에서의 온도의 그래프.8 is a graph of the temperature at the interface between the silicon dioxide and silicon substrate of FIG. 9 as a function of the thickness of the silicon dioxide layer.

도 9는 이 기판상의 메모리 링크의 사시도.9 is a perspective view of a memory link on this substrate.

도 10은 굴절 제한 비임 웨이스트에 비교한 링크의 마이크로스코픽 크기를 강조하는 금속 링크를 포함하는 집속평면상의 작은 스폭상에 집속된 가우시안 레이저 비임의 도면.FIG. 10 is a diagram of a Gaussian laser beam focused on a small width on a focus plane that includes a metal link that emphasizes the microscopic size of the link compared to the refractive limit beam waist.

도 11a 및 도 11b는 스트레스와 온도의 타임 히스토리가 금속 링크 처리을 위해 이용되는 Q스위치된 펄스 및 사각형 펄스에 대한 그래프에 도시된 컴퓨터 유한 요소법 시뮬레이션의 결과를 도시한 도면.11A and 11B show the results of computer finite element simulations shown in graphs for Q-switched and square pulses where time history of stress and temperature is used for metal link processing.

도 12는 본 발명에 따라 구성된 시스템의 개략도로, 발생한 펄스 트레인은 광 파이버내의 제어된 방식으로 파장 이동되어 예를들어, 실리콘의 흡수 에지에서 목표물에 커플링하게 한다.12 is a schematic diagram of a system constructed in accordance with the present invention wherein the generated pulse train is wavelength shifted in a controlled manner within the optical fiber, for example, to couple to the target at the absorbing edge of silicon.

도 13은 실리콘의 흡수에지에서 제 2 이동된 파장에 대한 제 1 "이동하지 않은"파장의 이동을 도시한 그래프.FIG. 13 is a graph illustrating the shift of the first "non-moving" wavelength relative to the second shifted wavelength in the absorption edge of silicon.

도 14는 입력 펄스 트레인이 파장이동되고 출력 펄스 트레인을 발생하기 우해 증폭된 다단의 섬유 증폭기 시스템의 블록도.14 is a block diagram of a multi-stage fiber amplifier system amplified for the input pulse train being wavelength shifted and generating an output pulse train.

출원인은 금속 링크 블로잉의 응용에서 향상된 결과가 얻어질수 있다는 것을 결정했다. 예를들어, 비 가우시안, 실질적으로 직사각형 펄스 형상은 도금 절연체가 존재하는 금속 링크 처리에 상당한 잊점이 있다. 출원인의 결과에 의하면, 1ns 및 바람직하기로는 약.5ns에서의 빠른 상승시간은 열 충격을 링크 블로잉 처리를 실행하는 산화물의 도금층에 제공한다는 것을 보여주고 있다. 게다가, 더 높은 저력 밀도에서, 굴절률은 빠르게 상승하는 짧은 펄스로 인하여 감소된다. 실절적으로 균일한 펄스 파형을 가지는 약 5ns의 펄스 기간은 더 많은 에너지를 링크에 연결시켜 링크 제거를 위한 에너지 요건을 감소시킨다. 약 2ns의 빠른 전체 시간은 기판 손상의 가능성을 제거하는데 중요하다. 더구나, 거의 사각형의 전력 밀도 펄스의 장점은 요구시에 이 펄스가 최고이며, 요구시가 아닐경우 펄스가 오프된다.Applicants have determined that improved results can be obtained in the application of metal link blowing. For example, non-Gaussian, substantially rectangular pulse shapes have significant forgetting in metal link processing where plating insulators are present. Applicants' results show that a fast rise time at 1 ns and preferably about .5 ns provides thermal shock to the plated layer of oxide performing the link blowing process. In addition, at higher low force densities, the refractive index is reduced due to the short rising pulse. A pulse duration of about 5 ns with a substantially uniform pulse waveform connects more energy to the link, reducing the energy requirement for link cancellation. A fast overall time of about 2 ns is important to eliminate the possibility of substrate damage. Moreover, the advantage of a nearly square power density pulse is that it is best on demand, and the pulse is off when not required.

짧은 빠른 상승 펄스는, 링크로 하여금 열이 링크의 하부의 아래로 확산될수 있기전에 녹아서 팽창되록한다. 따라서, 스트레스가 링크의 상부에 축적되고 크랭크를 기판 아래로 발생하지 않고 상층의 크랭크를 촉진한다.A short fast rising pulse causes the link to melt and expand before heat can diffuse down the bottom of the link. Thus, stress builds up on top of the link and promotes cranking of the upper layer without cranking down the substrate.

본 발명의 목적은, 수 나노초의 짧은 기간과 빠르는 하강 기산을 가진 서브 나노초 상승시 간 펄스을 발생할수 있는 간단한 이득 스위치 레이저 시스템을 제공하는 것이다. 빠른 펄스 시스템의 기술상태는 이득 스위치된 기술을 포함하는데, 이 기술에 있어서, 낮은 전력 반도체 시드 레이저가 빠르고 직접적으로 변조되어 제어된 펄스 형상을 발생하는데, 이펄스 형상은 다음에 펌프 레이저로 이용되는 고 전력 레이저 다이오드 또는 다이오드 어레이를 가진 클래딩 펌프 광 파이버 시스템과 같은 증폭기에 의해 증폭된다. 이러한 레이저 시스템은 미국특허 제 5,694,408 및 PCT출원번호 PCT/US98/42050에 설명되어 있고 초고속 처프 펄스 증폭기 시스템, 예를들어, 미국특허 제 5,400,350호에 설명된 시스템의 "빌딩 블록"(building block)이다.It is an object of the present invention to provide a simple gain switch laser system capable of generating sub-nanosecond rise time pulses with short periods of several nanoseconds and fast dropouts. The state of the art of fast pulse systems includes gain switched technology, in which a low power semiconductor seed laser is quickly and directly modulated to produce a controlled pulse shape, which is then used as a pump laser. Amplified by an amplifier, such as a cladding pump optical fiber system with a high power laser diode or diode array. Such a laser system is described in US Pat. No. 5,694,408 and PCT Application No. PCT / US98 / 42050 and is a "building block" of ultrafast chirp pulse amplifier systems, such as the system described in US Pat. No. 5,400,350. .

본 발명의 목적은, 선행기술의 레이저 처리 방법 및 시스템을 개량하는 것으로, 특히, 목표재료근처의 영역의 광학 및/열특성이 실질적으로 다른 레이저 처리 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to improve the laser processing method and system of the prior art, and in particular to provide a laser processing method and system which is substantially different in optical and / or thermal properties in the region near the target material.

본 발명의 목적은, 마이크로머싱 및 레이저 재료 처리 응용, 예를들어, 링크의 레이저 제거 또는 반도체 메리상에서의 상호 접속, 트리밍, 드릴링, 마킹 및 마이크로머싱의 레이저 펄스 형성능력을 제공하는 것이다. 소정의 파형 형상은 표준 Q 스위치 시스템의 이득 스위치 레이저와 다른 이득 스위치 레이저로부터 발생된다.It is an object of the present invention to provide laser pulse forming capabilities of micromaching and laser material processing applications, for example, laser ablation of links or interconnection, trimming, drilling, marking and micromaching on semiconductor substrates. The desired waveform shape is generated from a gain switch laser different from the gain switch laser of the standard Q switch system.

본 발명의 목적은 반도체 처리 예를들어, 16-256메가 비트 반도체 수선용 개량 및 마진을 제공하여 제거 장소부근에서의 오염 또는 전도 잔류로 인한 최신 장치의 공장의 위험없이 마이크로구조의 청정 처리를 달성한다.It is an object of the present invention to provide improvements and margins for semiconductor processing, e.g. 16-256 megabit semiconductor repair, to achieve a clean treatment of the microstructure without the risk of the factory of a modern device due to contamination or conduction residues near the removal site. do.

본 발명의 목적은, 수 피코초와 같은 짧은, 즉 빠른 펄스 붕괴를 가진 약 10나노초의 펄스기간의 펄스 파형 상승시간을 제공하여, 고 전력 밀도로 목표 구조의 레이저 처리를 제공하여 주변 영역에서의 열충격 및 분산으로 인한 손상이 최소화된다.An object of the present invention is to provide a pulse waveform rise time of a pulse duration of about 10 nanoseconds with a short, rapid pulse breakdown such as several picoseconds, to provide laser treatment of the target structure at high power density to provide Damage due to thermal shock and dispersion is minimized.

본 발명의 목적은, 매우 짧은 시간에 워크스테이션에서 높은 전력을 가진 높은 전력 밀도, 즉,레이저 제거 처리을 위해 적합한 파장에서의 빠른 상승시간 펄스를 성취함으로써 반도체 레이저 처리 응용에서의 목표 재료주위 및 아래의 구조에 대한 손상을 방지함으로써 반도체 재료 처리 응용에서의 처리 원도우를 향상시키는 것이다.It is an object of the present invention to achieve a high power density with high power at a workstation in a very short time, i.e. a fast rise time pulse at a wavelength suitable for laser ablation processing, thereby achieving the periphery and below the target material in semiconductor laser processing applications. By preventing damage to the structure, the processing window in semiconductor material processing applications is improved.

본 발명의 목적은, 반도체 메모리상의 단일 금속 링크와 같은 금속 목표 구조의 굴절률의 감소를 제공하도록 충분한 전력 밀도와 빠른 전력밀도의 상승시간을 가진 단일 레이저 처리 펄스로 목표물 장소를 처리함으로써, 레이저 에너지의 매우 효과적인 커플링을 제공한다. 빠르게 상승하는 레이지 펄스는 제거 기간동안 매우균일한 전력 밀도를 이용하여 각각의 금속 목표물 구조의 재료를 효률적으로 가열하고 증발시키기 위해 충분한 펄스 기간을 갖지만. 목표재료가 증발한 후에 빠른 펄스 강하가 주변 및 도금 구조에 대한 손상을 방지한다.It is an object of the present invention to treat laser energy by treating a target location with a single laser treatment pulse having sufficient power density and fast power density rise time to provide a reduction in the refractive index of a metal target structure, such as a single metal link on a semiconductor memory. It provides a very effective coupling. Rapidly rising lazy pulses have sufficient pulse duration to efficiently heat and evaporate the material of each metal target structure using a very uniform power density during the removal period. A rapid pulse drop after the target material has evaporated prevents damage to the surrounding and plating structures.

본 발명의 목적은, 표준 Q스위치레이저, 즉, 수나노초의 일반적인 펄스 상승 시간을 가지고 Q스위치된 펄스 엔벨로프로 나타나는 레이저를 이용하는 시스템과 비교하여 반도체 금속 링크 블로잉 응용에서 우수한 성능을 제공하는 것이다. 레이저 펄스는 약 2-10나노초의 펄스기간과 약 1ns 및 바람직하기로는 약.4ns의 상승시간을 갖는 실질적인 사각형 펄스를 제공하도록 발생된다. 부가적으로, 펄스 붕괴는 스위치 오프되는 경우 빠르게 되어 에너지의 매우 작은 부분만을 소정의 펄스 기간, 즉 금속 기판 또는 기탄 비 목표 재료를 손상하는 가능성을 회피하기 위해 매우 낮은 레벨로 급속하게 붕괴하는 펄스 테일로 유지한다. 이들 펄스의 비교가 도 2에 도시되어 있다.It is an object of the present invention to provide superior performance in semiconductor metal link blowing applications compared to systems using standard Q-switched lasers, ie lasers represented by Q-switched pulse envelopes with typical pulse rise times of several nanoseconds. The laser pulse is generated to provide a substantially square pulse having a pulse duration of about 2-10 nanoseconds and a rise time of about 1 ns and preferably about .4 ns. Additionally, the pulse collapse is rapid when switched off so that only a very small fraction of the energy collapses rapidly to a very low level to avoid the possibility of damaging a given pulse period, i.e., the metal substrate or non-carbon target material. To keep. A comparison of these pulses is shown in FIG.

본 발명의 목적은, 다른 광학 및 열특성을 갖는 재료로 둘러싸인 마이크로스커픽 구조의 빠르고도 충분한 제거를 제공하기 위해 반도체 레이저 제거 처리의 처리 윈도우를 확장하는 것이다. 이러한 구조는 구조사이의 폭과 공간이 1마이크론 혹은 그 그이하이고 깊이로 스택된 방식으로 일반적으로 배열되어 있다. 짧은 레이저 펄스의 응용은 목표 재료를 청결하게 제거하지 만, 목표 재료아래의 도금 기판에 대한 손상중 어느하나의 열감쇠에 의해 야기된 주변 재료에 대한 손상이 방지된다.It is an object of the present invention to extend the processing window of a semiconductor laser removal process to provide fast and sufficient removal of a microscopic structure surrounded by a material having different optical and thermal properties. These structures are typically arranged in a way that the width and space between the structures are one micron or less and stacked deeply. The application of a short laser pulse cleanly removes the target material but prevents damage to the surrounding material caused by thermal attenuation of either of the damages to the plated substrate underneath the target material.

본 발명의 목적은, 고에너지 밀도를갖는 짧은 펄스르 가하여 실질적으로 균일한 광학 및 열 특성을 갖는 재료를 제어할 수 있게 기계가공하는 것이다. 이 펄스기간은 영향력 있는 임계치가 레이저 펄스 폭의 평방근에 거의 비례하는 재료 처리 범위에서 수마이크로초이다.It is an object of the present invention to machine such that a short pulse with high energy density can be applied to control a material having substantially uniform optical and thermal properties. This pulse duration is several microseconds in the material processing range where the influential threshold is nearly proportional to the square root of the laser pulse width.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적을 수행하는데 있어서, 목표재료를 포위하는 재료의 전기 또는 물리적인 특징의 바람직하지 않은 변화를 야기하기 않고 특정크기를 갖는 목표 재료을 처리하는 에너지 효율 레이저를 기반으로 방법이 제공된다. 이 방법은 반복속도에 있어서의 제 1 파장을 갖는 레이저를 이용한 레이저 펄스 트레인을 발생하는 단계를 포함하며, 펄스 트레인의 각각의 펄스는 소정의 형상을 한다. 이 방법은 다음 증폭된 펄스 트레인을 얻기 위해 펄스의 소정의 형상을 크게 변경하지 않고 펄스 트레인을 광학적으로 증폭하는 단계를 포함한다. 각각의 증폭된 펄스는 실질적으로 사각형의 일시적 전력 밀도 분포, 예리한 상승 시간, 펄스기간 및 하강 시간을 갖는다. 이 방법은 또한 증폭된 파장 이동된 펄스 트레인을 얻도록 제 1 파장과 다른 제 2파장으로의 제 1 파장을 제어할 수 있게 이동하는 단계를 포함한다. 이 방법은 증폭된 파장 이동 펄스 트레인의 부분을 적어도 목표재료상의 스폿에 전달하여 집속하는 단계를 더 포함하는 것에 있어서, 상승시간은 레이저 에너지를 목표 재료에 효률적으로 연결하는데 충분하게 빠르고, 펄스 기간은 목표재료을 처리하기에 충분하고 하강 시간은 목표재료를 포위하는 재료에 대한 바람직하지 않은 변경을 방지하기에 충분히 빠르고, 제 2파장은 제 1 파장보다 레이저 에너지를 목표재료에 연결하기는 것이 더 효율적이다.In carrying out the above and other objects of the present invention, there is provided a method based on an energy efficient laser for treating a target material having a particular size without causing undesirable changes in the electrical or physical characteristics of the material surrounding the target material. Is provided. The method includes generating a laser pulse train using a laser having a first wavelength at a repetition rate, wherein each pulse of the pulse train has a predetermined shape. The method includes optically amplifying the pulse train without significantly altering the desired shape of the pulse to obtain the next amplified pulse train. Each amplified pulse has a substantially rectangular temporal power density distribution, sharp rise time, pulse duration and fall time. The method also includes controllable shifting of the first wavelength to a second wavelength different from the first wavelength to obtain an amplified wavelength shifted pulse train. The method further includes delivering and concentrating a portion of the amplified wavelength shift pulse train to at least a spot on the target material, wherein the rise time is fast enough to efficiently couple the laser energy to the target material, and the pulse duration The silver is sufficient to process the target material and the fall time is fast enough to prevent undesirable changes to the material surrounding the target material, and the second wavelength is more efficient at connecting the laser energy to the target material than the first wavelength. to be.

목표재료는 16-256메가바이트을 가지는 반도체 메모리와 같은 반도체 장치의부분일 수 있다.The target material may be part of a semiconductor device, such as a semiconductor memory having 16-256 megabytes.

반도체 장치는 제 2 파장이 실리콘의 흡수 에지에 있을 수 있는 실리콘 반도체 장치일 수 있다.The semiconductor device may be a silicon semiconductor device in which the second wavelength may be at the absorption edge of silicon.

목표재료를 포위하는 재료의 최소한의 부분은 반도체 기판과 같은 기판일수 있다.The minimum portion of the material surrounding the target material may be a substrate such as a semiconductor substrate.

목표재료는 마이크로전자 장치의 부분일수 있다.The target material may be part of the microelectronic device.

실질적으로 사각형의 일시적인 전력 밀도 분표는 목표재료를 실질적으로 완전히 제거하는데 충분하다.The substantially rectangular transient power density fraction is sufficient to substantially completely remove the target material.

바람직하기로는, 상승시간은 1나노초이하, 매우 바람직하기로는, 5나노초이하이다.Preferably, the rise time is 1 nanosecond or less, very preferably 5 nanosecond or less.

또한, 하강시간은 2나노초 이하이다.In addition, the fall time is 2 nanoseconds or less.

단일 증폭 펄스는 목표재료을 처리하는데 충분하다.A single amplification pulse is sufficient to process the target material.

목표재료는 증폭된 펄스에 대한 반사률을 가지며, 증폭된 펄스의 전력밀도는 목표재료의 반사률을 증폭된 펄스로 감소하는데 충분히 높고 목표재료에 대한 레이저에너지의 효율적인 커플링을 제공한다.The target material has a reflectance for the amplified pulse, and the power density of the amplified pulse is high enough to reduce the reflectance of the target material to the amplified pulse and provides an efficient coupling of laser energy to the target material.

바람직하기로는, 각각의 펄스는 펄스기간중 10%내로 일시적인 전력 밀도 분포을 일정하게 한다.Preferably, each pulse makes the temporary power density distribution constant within 10% of the pulse period.

목표재료를 포위하는 재료는 흡수 및 분극 민감도 및 목표재료의 대응하는 특성과 다른 열분산 특성을 포함하는 광학 특성을 지닌다.The material surrounding the target material has optical properties including absorption and polarization sensitivity and heat dissipation characteristics that are different from the corresponding properties of the target material.

바람직하기로는, 반복속도는 적어도 1000/초이고, 각각의 증폭된 펄스는 어에너지의 적어도.1 및 최고 3마이크로 주울 이다.Preferably, the repetition rate is at least 1000 / second and each amplified pulse is at least. 1 and up to 3 micro Joules of fish energy.

바람직하기로는, 광학적으로 증폭하는 단계는 적어도 20DB의 이득을 제공한다.Preferably, optically amplifying provides a gain of at least 20 DB.

또한, 바람직하기로는, 상승시간과 하강시간은 펄스의 1/2이고, 각각의 증폭된 펄스의 피크 전력은 상승시간과 하강시간사이에서 실질적으로 일정하다.Further, preferably, the rise time and fall time are one half of the pulse, and the peak power of each amplified pulse is substantially constant between the rise time and the fall time.

바람직하기로는, 각각의 증폭된 펄스는 테일을 각고 이 방법은 ,또한 펄스의 전력양을 실질적으로 유지하면서 증폭된 펄스의 하강 시간을 감소하도록 증폭된 퍼스의 테일에서의 레이저 에너지를 감소시키는 단계를 포함한다.Preferably, each amplified pulse angles the tail and the method further comprises reducing the laser energy at the tail of the amplified perth to reduce the fall time of the amplified pulse while substantially maintaining the power amount of the pulse. Include.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적을 더 수행하는데 있어서, 목표재료를 포위하는 재료의 전기적 또는 물리적 특성의 바람직하지 않은 변경을 야기하지 않고 마이크로스코픽 범위에서 특정된 크기를 갖는 목표재료를 처리하는 에너지 효율 시스템이 제공된다. 이 시스템은 처리 제어 신호를 발생하는 컨트롤러와, 이 처리 제어 신호을 기반으로 변조된 구동파형을 발생하는 신호발생기를 포함한다. 이 파형은 서브 나노초 상승시간을 갖는다. 이 시스템은 또한, 반복속도로 레이저 펄스 트레인을 발생하는 제 1 파장을 갖는 이득 스위치된 펄스 시드 레이저를 포함한다. 구동 파형은 레이저를 펌프하여 각각의 펄스 트레인이 소정의 형상을 갖는다. 더구나, 시스템은 펄스의 소정의 형상을 크게 변경하지 않고 펄스 트레인을 광학적으로 증폭하는 섬유 증폭기 서브시스템을 포함한다. 이 서브시스템은, 증폭된 파장 이동 펄스 트레인을 얻기 위해 제 1 파장과 다른 제 2 파장으로 제 1 파장을 제어할 수 있게 이동하는 파장 시프터를 포함한다. 각각의 증폭된 펄스는 실질적으로 사각형의 일시적 전력 밀도 분포, 예리한 상승시간, 펄스기간 및 하강시간을 갖는다. 이 시스템은 또한, 중폭된 파장 이동 펄스 트레인의 부분을 적어도 목표재료에 전달하여 집속하는 비임 전달 및 집속 서브시스템을 포함한다.In further carrying out the above and other objects of the present invention, an energy efficient system for treating a target material having a specified size in the microscopic range without causing undesirable alteration of the electrical or physical properties of the material surrounding the target material. This is provided. The system includes a controller for generating a process control signal and a signal generator for generating a drive waveform modulated based on the process control signal. This waveform has a sub nanosecond rise time. The system also includes a gain switched pulse seed laser having a first wavelength that generates a laser pulse train at a repetition rate. The drive waveform pumps the laser so that each pulse train has a predetermined shape. Moreover, the system includes a fiber amplifier subsystem that optically amplifies the pulse train without significantly altering the desired shape of the pulse. The subsystem includes a wavelength shifter that is capable of controlling the first wavelength to a second wavelength different from the first wavelength to obtain an amplified wavelength shift pulse train. Each amplified pulse has a substantially rectangular temporal power density distribution, sharp rise time, pulse duration and fall time. The system also includes a beam delivery and focusing subsystem that delivers and focuses at least a portion of the moderated wavelength shift pulse train to the target material.

이 상승시간은 목표재료에 레이저 에너지를 효과적으로 연결하기에 충분히 빠르고, 펄스 기간은 목표재료를 처리하는데 충분하고, 하강시간은 목표재료를 포위하는 재료에 대한 바람직하지 않은 변경을 방지하는데 충분하다. 제 2 파장은 제 1 파장보다 레이저 에너지를 목표재료에 연결하는데 더 효율적이다.This rise time is fast enough to effectively connect the laser energy to the target material, the pulse duration is sufficient to process the target material, and the fall time is sufficient to prevent undesirable changes to the material surrounding the target material. The second wavelength is more efficient at coupling the laser energy to the target material than the first wavelength.

섬유 증폭기 서브 시스템은 중앙 파장 선택성을 제공하면서 증폭된 파장 이동 펄스 트레인의 대역폭을 좁게 하기위해(광파장 스프레이드를 감소)시프트에 연결된 필터를 포함한다.The fiber amplifier subsystem includes a filter coupled to the shift to narrow (reduce the optical wavelength spray) the bandwidth of the amplified wavelength shift pulse train while providing central wavelength selectivity.

섬유 증폭기 서브 시스템은 광 파이버을 펌프하기 위해 고 전력 레이저 다이오드와 같은 펌프와 광 파이버를 포함하는 것이 바람직하다.The fiber amplifier subsystem preferably includes an optical fiber and a pump, such as a high power laser diode, to pump the optical fiber.

레이저 다이오드 펌프원은 레이저 처리가 발생하지 않고 있는 연장된 기간동안 스위치를 오프함으로써 다이오드 수명을 증가하기 위해 이득 스위치(펄스 및 직적적으로 변조)된다.The laser diode pump source is gain switched (pulse and directly modulated) to increase diode lifetime by switching off for extended periods of time without laser processing occurring.

바람직하기로는, 시드 레이저는 레이저 다이오드를 포함한다.Preferably, the seed laser comprises a laser diode.

이 시스템은, 펄스의 에너지양을 실질적으로 유지하면서, 증폭된 펄스의 하강시간을 감소하도록 증폭된 펄스의 테일에서의 레이저 에너지를 감쇠하는 감쇠기를 포함한다.The system includes an attenuator that attenuates the laser energy at the tail of the amplified pulse to reduce the fall time of the amplified pulse while substantially maintaining the amount of energy of the pulse.

펄스 기간은 특정의 목표 재료의 크기의 기능으로 선택된다. 특정된 재료크기는 레이저 파장 이하 일수 있다.The pulse duration is selected as a function of the size of the particular target material. The specified material size can be below the laser wavelength.

알류미늄 링크 처리용 바람직한 시스템은, 고속, 반도체 레이저를 포함하는데, 여기서, 제 1파장은 약 1.1㎛이하이고, 제 2 파장은 약1.1㎛이다. 미래의 재료는 반도체 및 다이오드 기술을 진보시킬 것이고 섬유 재료는 가시영역에서의 작업은 물론 더 긴 적외 파장에서 제공된다.Preferred systems for aluminum link processing include high speed, semiconductor lasers, where the first wavelength is about 1.1 μm or less and the second wavelength is about 1.1 μm. Future materials will advance semiconductor and diode technology and fiber materials are provided at longer infrared wavelengths as well as in the visible region.

시드 레이저 다이오드는 분포 블랙 반사기(DBR), 분포 피드백(DFB) 또는 ㅇ하부 중공 디자인을 이용하는 다중 모드 다이오드 레이저 또는 단일 주파수(단일모드)일 수 있다.The seed laser diode may be a multi-mode diode laser or single frequency (single mode) using distributed black reflector (DBR), distributed feedback (DFB) or bottom hollow design.

스폿크기는 일반적으로 범위가 1㎛-4㎛이다.The spot size generally ranges from 1 μm-4 μm.

반도체 장치는 마이크로전자기계장치일수 있다.The semiconductor device may be a microelectromechanical device.

바람직하기로는, 펄스테일에서 감쇠된 레이저 에너지가 펄스기간의 1.5배내에서 적어도 10dB까지 감쇠될 수 있다.Preferably, the laser energy attenuated in the pulse tail may be attenuated by at least 10 dB within 1.5 times the pulse duration.

본 발명의 바람직한 구성에 있어서, 이득 스위치된 펄스형상은 빠른 펄스 하강 시간을 갖는 빠른 상승시간 펄스, 실질적으로는 상부에서 평면을 포함한다. "시드"레이저 다이오드는 소정의 펄스 형상을 발생하기 위해 직접 변조된다. 광전력은 레이저 처리에 충분한 전력 레벨을 출력하기 위해 섬유 레이저 증폭기에 의한 증폭을 통해 증가된다. 섬유 레이저 증폭기 출력에서의 이득 스위치된 펄스는 목표 영역에 집속된다.In a preferred configuration of the invention, the gain switched pulse shape comprises a fast rise time pulse with a fast pulse fall time, substantially a plane at the top. The "seed" laser diode is directly modulated to generate the desired pulse shape. Optical power is increased through amplification by a fiber laser amplifier to output a power level sufficient for laser processing. The gain switched pulse at the fiber laser amplifier output is focused in the target area.

본 발명의 구성에서, "시드"다이오드를 직접 변조하여 소정의 이득 스위치 사각형 펄스를 발생하고 섬유 레이저 증폭을 이용하여 낮은 왜곡 증폭을 제공하여재료 처리에 충분한 출력 펄스 레벨을 제공하는 것이 바람직하다.In the configuration of the present invention, it is desirable to directly modulate the "seed" diode to generate a certain gain switch square pulse and to provide low distortion amplification using fiber laser amplification to provide an output pulse level sufficient for material processing.

또 다른 구성에 있어서, 직접 변조된 시드 다이오드의 펄스 일시적 전력 분포는 왜곡을 보상하거나 섬유 증폭기 또는 기타 소자의 비균일성의 보상, 즉 출력 변조기의 "평활"상승을 위해 개량된다. 목표영역으로 집속하는 이 레이저 처리 펄스는 바람직한 형상, 빠른 상승 시간, 빠른 붕괴를 가진 펄스 기간 중 매우 상대적인 프레트(flat)를 갖는다.In another configuration, the pulsed temporal power distribution of the directly modulated seed diode is improved to compensate for distortion or to compensate for non-uniformity of the fiber amplifier or other device, i.e., "smooth" rise of the output modulator. This laser treatment pulse, which focuses on the target area, has a very relative flat during the pulse period with the desired shape, fast rise time and fast collapse.

본 발명의 구성에 있어서, "시드"레이저 펄스가 종단될 때, 레이저 처리 시스템에 남아 있는 레이저 에너지를 감쇠하는데 이용되는 "펄스 슬라이싱"을 제공하여 레이저 처리 시스템의 성능을 향상시키므로써 처리가 완료된 후, 목표재료로 지장되지 않은 만감도 구조의 가열을 방지하는 것이 바람직하다. "펄스 슬라이싱"기술은 변경된 펄스 또는 표준 Q스위치된 펄스 중의 테일을 감쇠하게 하는 것이 유용하다. 이는 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있으며 로그 스케일(log scale)의 도 4b의 수직축에 제공된다. 펄스에 있어서 적어도 .1마이크로주울의 레이저 펄스 에너지, 즉 섬유 증폭기의 출력에서 방출되는 .1마이크로 주울을 갖는 적어도 1KHb(1000/초)의 펄스 속도로 레이저 처지 작동, 특히 금속 링크 블로잉을 수행하는 것이 바람직하다. 여기서 섬유광 증폭기 이득이 적어도 20DB(1000:1)이다.In the configuration of the present invention, when the " seed " laser pulse is terminated, the " pulse slicing " used to attenuate the laser energy remaining in the laser processing system is improved to improve the performance of the laser processing system, thereby completing the processing. Therefore, it is desirable to prevent heating of the sensitivity structure that is not hindered by the target material. A "pulse slicing" technique is useful to attenuate tails in modified pulses or standard Q-switched pulses. This is illustrated in FIGS. 4A and 4B and provided on the vertical axis of FIG. 4B in a log scale. Performing laser sag operation, in particular metal link blowing, at a pulse rate of at least 1 KHb (1000 / sec) with at least .1 micro Joules of laser pulse energy, ie .1 micro Joules emitted at the output of the fiber amplifier. desirable. The fiber optical amplifier gain is at least 20 DB (1000: 1).

본 발명의 구성에서, 레이저펄스는 펄스기간의 약1/2보다 짧은 상승시간 및 하강 시간을 갖도록 형성되어 있다.In the configuration of the present invention, the laser pulse is formed to have a rise time and fall time shorter than about 1/2 of the pulse period.

본 발명의 구성에서, 결합시 도 3a 및 3b에 도시되어 있듯이, 바람직한 펄스 형상을 발생하는 일련의 근접하게 공간을 짧은 펄스을 발생할 수 있다.In the configuration of the present invention, as shown in Figs. 3A and 3B, when coupled, it is possible to generate a series of closely spaced short pulses that produce the desired pulse shape.

본 발명을 이용하는 시스템의 구성에서, 재료 처리 속도를 초과하는 펄스 반복 속도로 레이저를 작동하고 컴퓨터 제어된 광 스위치를 이용하여 처리 펄스를 선택하는 것이 바람직하고 이 컴퓨터는 재료처리을 위해 집속된 레이저 비임을 위치하는데 이용되는 비임 위치조절 시스템에 작동할 수 있게 연결되어 있다.In the configuration of the system using the present invention, it is preferable to operate the laser at a pulse repetition rate exceeding the material processing speed and to select a processing pulse using a computer controlled optical switch, which computer is a focused laser beam for material processing. It is operably connected to the beam positioning system used for positioning.

본 발명의 목적, 기타 목적, 특징 및 장점은 수반한 도면과 연결할 때 발명을 수행하는 최선의 방식의 다음 상세한 설명으로 확실하게 이해될 수 있을 것이다.The objects, other objects, features and advantages of the present invention will be clearly understood from the following detailed description of the best mode for carrying out the invention in connection with the accompanying drawings.

통상인이라면, 전력, 에너지 밀도, 스폿 크기, 파장, 펄스폭, 분극 및 반복속도등과 같은 파라미터에 대한 적절한 조절을 이용한 마이크로머싱 및 레이저 처리의 여러 응용에 다음 실시예를 이용할 수 있다는 것을 알수 있을 것이다. 금속 링크 블로잉에 대한 특정한 흡수는 예시적 목적을 위해 설명되어 있다.It will be appreciated by those skilled in the art that the following examples can be used for various applications of micromachining and laser processing with appropriate adjustments to parameters such as power, energy density, spot size, wavelength, pulse width, polarization and repetition rate. will be. Particular absorption for metal link blowing is described for illustrative purposes.

도 7의 바람직한 실시예에서, 시드 레이저(10)와 섬유 증폭기가 이동 시스템 및 공작물에 부착된 안정한 플렛폼에 설치되어 있다. 비임이 마이크론의 3/10이하의 정밀도로 위치하는 것이 제거 링크에서 매우 중요하다. 목표물 및 광학 시스템의 상대 위치와 상관하도록 하기 위한 레이저 펄스으 타이밍은 높은 처리 속도를 얻는데 요구되는 연속이동 때문에 중요하다.In the preferred embodiment of FIG. 7, the seed laser 10 and the fiber amplifier are installed on a stable platform attached to the moving system and the workpiece. It is very important for the removal link that the beam is located at a precision less than 3/10 of a micron. The timing of the laser pulses to correlate with the relative position of the target and the optical system is important because of the continuous movement required to achieve high throughput.

레이저(10)는 컴퓨터(33)와 신호발생기(11)에 의해 외부적으로 제어되고 변조된 비임을 높은 개구수 광학장치를 포함하고 비임 굴절기, 예를들어 컴퓨터(33)를 경유하여 스케너 제어장치에 의해 제어되는 검류계 미러을 더 포함하는 집속 서브시스템(12)에 전달한다. 시스템 제어 컴퓨터(33)는 펄스 발생을 적절히 타이밍하기 위해 위치 조절 메커니즘 또는 이동 시스템(20) 및 신호 발생기(11)에 작동할 수 있게 연결되어 있다. 레이저 비임은 X, Y, Z의 보정 위치에서 약1.5-4마이크론의 범위의 스폿크기를 갖는 예리한 집속 비밍을 발생하도록 정밀하게 제어되어야 한다. 이러한 이유때문에, 비임 위치 조절 및 집속분야에 있어서의 통상인은 레이저 헤드 또는 목표 기판의 정밀 이동 제어와 굴절 및 제한된 성능을 제공하도록 보정된 광학 장치의 중요성을 인지할 것이다. 특정 레이저 처리 응용 요건에 따라서, 좁은 시야를 가진 광학 시스템을 제공하여 비임 처리을 위해 굴절률 제한 집속 및 정밀 X,Y이동단계을 제공하는 것이 바람직하다. 더구나, 천이 단계와 결합한 굴절에 대한 미러이동의 여러 결합이 가능하다.The laser 10 includes a high numerical aperture optic that is externally controlled and modulated by the computer 33 and the signal generator 11 and controlled via a beam refractor, eg computer 33. And deliver to the focusing subsystem 12 further comprising a galvanometer mirror controlled by the device. The system control computer 33 is operatively connected to the positioning mechanism or mobile system 20 and the signal generator 11 to properly time the pulse generation. The laser beam must be precisely controlled to produce a sharp focused beaming beam with a spot size in the range of about 1.5-4 microns at the calibration positions X, Y and Z. For this reason, one of ordinary skill in the field of beam positioning and focusing will recognize the importance of optical devices calibrated to provide precise movement control and refractive and limited performance of the laser head or target substrate. Depending on the specific laser processing application requirements, it is desirable to provide an optical system with a narrow field of view to provide refractive index limited focusing and precision X, Y movement steps for beam processing. Moreover, several combinations of mirror movements for refraction combined with transition steps are possible.

스텝 및 리피트 테이블(34)을 이용하여 웨이퍼(22)를 각각의 메모리 다이(24)를 처리하기 위한 위치에 이동한다. 비임 스케닝에 익숙한 당업자는 미러를 기반으로 한 비임 굴절 시스템의 장점을 알수 있지 만, 상술했듯이, 기판 및/또는 레이저 헤드의 이동 대한 X, Y천이 단계와 같은 기타 위치 메카니즘의 대체가 본발명을 실행하기 위한 실행가능한 대안이다. 예를들어, 기판 위치 조절 메카니즘(34)은 이동의 제한 범위에 걸쳐 작동하는 매우 정밀한(1마이크론이하)X, Y,Z위치 조절 메카니즘을 포함한다. 위치조절 메카니즘(20)을 이용하여 무차별 방식으로 레이저, 섬유 증폭기 및 집속 서브시스템을 포함하는 레이저 처리 광학 시스템 소자를 천이시킨다. 더구나, 바람직한 위치 조절 시스템에 대한 더 상세한 설명은 "고속 정밀도 위치조절 장치"라는 제목의 계류중인 미국 특허 출원 일련번호 09/156.895(1998년 9월 18일)에 개시되어 있다.The step and repeat table 34 are used to move the wafer 22 to a location for processing each memory die 24. Those skilled in the art of beam scanning will appreciate the advantages of a mirror-based beam refraction system, but as described above, the substitution of other position mechanisms such as X and Y transition steps for movement of the substrate and / or laser head implements the present invention. Is a viable alternative for doing so. For example, the substrate positioning mechanism 34 includes very precise (less than one micron) X, Y, and Z positioning mechanisms that operate over a limited range of movement. Positioning mechanism 20 is used to transition the laser processing optical system element including the laser, fiber amplifier and focusing subsystem in a promiscuous manner. Moreover, a more detailed description of the preferred positioning system is disclosed in pending US patent application Ser. No. 09 / 156.895 (September 18, 1998) entitled “High Speed Precision Positioning Device”.

음향-광학 감쇠기 또는 포클 셀의 형식의 시스템 광학 스위치(13)은 레이저 출력 비임에서 레이저 중공위에 위치되어 있다. 컴퓨터(33)의 제어 하에서, 바람직할 때 및 처리비임이 요구될때을 제외하고 비임이 집속시스템에 도달하는 것을 방지하여 바람직한 전력 레벨로 레이저 비임의 전력을 제어할수 있게 감소시킨다. 증발 절차 중에, 이 전력 레벨은 시스템 및 처리의 작동 파라미터에 따라 총 레이저 출력의 10%만큼 작을 수 있다. 전력 레벨은 증발 절차 전에 레이저 비임이 목표 구조와 일치하는 일치 절차중에 총 레이저 출력의 약 0.1%일 수 있다. 이 음향-광학 장치는 포클 셀의 지연이 상당히 작을 지라도, 이용의 용이성 때문에 일반적으로 바람직하다.A system optical switch 13 in the form of an acousto-optic attenuator or fockle cell is located at the laser cavity above the laser output beam. Under the control of the computer 33, the beam is prevented from reaching the focusing system except when desired and when the processing beam is required to reduce the power of the laser beam to the desired power level. During the evaporation procedure, this power level can be as low as 10% of the total laser power, depending on the operating parameters of the system and process. The power level may be about 0.1% of the total laser power during the matching procedure where the laser beam matches the target structure prior to the evaporation procedure. This aco-optic device is generally preferred because of its ease of use, although the delay of the fockle cell is quite small.

작동시, 웨이퍼(22)(또는 목표물 또는 기판)의 위치는 컴퓨터(33)에 의해 제어된다. 일반적으로, 상대 운동은 실리콘 웨이퍼(22)상의 메모리 장치(24)에 걸쳐 실질적으로 일정한 속도이지만, 웨이퍼의 단계 및 반복 운동이 가능하다. 레이저(10)는 이동 시스템을 제어하는 타이밍 신호를 기반으로 한 타이밍 신호에 의해 제어된다. 레이저(10)는 일정한 반복 속도로 일반적으로 작동하고 시스템 광학 스위치(13)에 의해 동기화된다.In operation, the position of the wafer 22 (or target or substrate) is controlled by the computer 33. In general, the relative motion is a substantially constant speed across the memory device 24 on the silicon wafer 22, but step and repeat motion of the wafer is possible. The laser 10 is controlled by a timing signal based on the timing signal that controls the movement system. The laser 10 normally operates at a constant repetition rate and is synchronized by the system optical switch 13.

도 7의 시스템 블록도에서, 레이저 비임이 웨이퍼(22)에 집속되는 것이 도시되어 있다. 도 9의 확대도에서, 레이저 비임은 메모리 회로 또는 장치(24)의 링크 소자(25)에 집속되는 것이 도시되어 있다.In the system block diagram of FIG. 7, the laser beam is focused on the wafer 22. In the enlarged view of FIG. 9, the laser beam is shown focused on the link element 25 of the memory circuit or device 24.

정밀한 링크 구조를 처리하기 위해, 스폿 크기 요건은 중요하게 요구되어 진다. 스폿크기 요건은 직경이 일반적으로 1.4-4마이크론으로, 피크 전력은 가우시안 분포와 양호하게 일치하는 스폿의 중에서 발생하고, 저전력은 에지에서 발생한다. 뛰어난 비임 품질은 약 1.1배 또는 일반적으로 더 좋은 비임 품질 또는 제곱 인자를 가진 굴절 제한을 접근하는 것이 요구된다. 낮은 사이드로브(sidelobes)는 광학적인 누화와 목표영역외부의 특성의 바람직하지 않은 조명을 방지하는데 바람직하다.In order to handle the precise link structure, the spot size requirement is important. The spot size requirement is typically 1.4-4 microns in diameter, with peak power occurring in the middle of the spots with good agreement with the Gaussian distribution, and low power occurring at the edges. Superior beam quality requires about 1.1 times or approaching refractive limits with generally better beam quality or squared factors. Low sidelobes are desirable to prevent optical crosstalk and undesirable illumination of properties outside the target area.

링크(25)는 스폿크기보다 약간 작아서, 정밀한 위치 조절과 양호한 스폿 품질을 부여한다. 링크는, 예를 들어 폭이 1마이크론이고, 두께가 1/3마이크론이다. 여기에 예시된 경우에, 링크는 금속으로 되어 있고 양측 크기(폭)와 두께가 레이저 파장보다 작다.The link 25 is slightly smaller than the spot size, giving precise positioning and good spot quality. The link is, for example, 1 micron wide and 1/3 micron thick. In the case illustrated here, the link is of metal and both sizes (width) and thickness are less than the laser wavelength.

바람직한 레이저 시스템Desirable Laser System

바람직한 실시예에서, 도 5의 레이저 서브시스템은 마스터 오실레이터, 즉 전력 증폭기(MOPA)구성을 이용한다. 이 시스템은 고전력의 짧은 상승 펄스를 발생하기 위해 증폭기를 시드하는 레이저펄스를 발생시킨다. 시드 레이저는 매우 낮은 에너지 레벨에서 이지만 빠른 상승시간, 짧은 펄스를 발생하는데 중요한다. 레이저 처리 응용에 적절한 출력파장을 가지는 섬유 레이저 증폭기 및 고속 적외선 레이저 다이오드가 바람직하다. 이러한 시스템의 경우에, 레이저는 도 5의 하부에 도시되어 있듯이, 바람직한 형상과 속도의 레이저 펄스를 발생하게 고안되어 있다. 즉, 빠른 상승시간은 빠른 하강 시간과 상부에서 스쿼어(square)한다. 다음, 이 펄스형상은 금속 반사률의 감소의 바람직한 레이저 재료 상호 작용결과, 장치로의 에너지의 낮은 확산 및 하부 산화물의 손상 없이 상부 산화물의 클랙킹을 제공한다.In a preferred embodiment, the laser subsystem of FIG. 5 uses a master oscillator, or power amplifier (MOPA) configuration. The system generates a laser pulse that seeds the amplifier to generate a high power short rise pulse. Seed lasers are critical for generating fast rise times and short pulses at very low energy levels. Fiber laser amplifiers and high speed infrared laser diodes having an output wavelength suitable for laser processing applications are preferred. In the case of such a system, the laser is designed to generate laser pulses of the desired shape and speed, as shown at the bottom of FIG. That is, the fast rise time squares with the fast fall time. This pulse shape then provides the desired laser material interaction of the reduction of the metal reflectance, resulting in low diffusion of energy into the device and cracking of the top oxide without damaging the bottom oxide.

MOPA구성은 매우 새롭고 펄스된 버젼이 기술상태로 간주된다. 변조 구동 파셩에 응답하는 서브 나노초 상승시간을 갖는 레이저 다이오드는 이득 소자의 레이저 다이오드로 섬유 레이저MOPA구성의 개시점에 있다. 이 레이저 다이오드는 다중 수평 모드를 갖고, 서브 시스템은 단일모드 작동을 위해 구성될 수 있으며 출력에서의 벌크 성분과 동조하거나, 대안적으로 시스템에서 집적된 섬유 그레이팅과 동조한다.The MOPA configuration is considered a very new and pulsed version of technology. Laser diodes with sub-nanosecond rise times responsive to modulation drive power are at the beginning of the fiber laser MOPA configuration as the laser diode of the gain device. This laser diode has multiple horizontal modes, and the subsystem can be configured for single mode operation and tunes to the bulk component at the output, or alternatively to fiber grating integrated in the system.

예를들어, 외부 중공 구성에 있어서의 New Focus Inc에 의한 재품 목록에 설명된 Littman-Metalf 그레이팅 구성은 이용가능한 구성이다. 도 6b는 외부 중공 튜닝을 갖는 단일 주파수 레이저의 개략도로, 다이오드 레이저 펌프에 의한 클레딩에서 펌프된 광 파이버을 포함한다.For example, the Littman-Metalf grating configuration described in the product list by New Focus Inc in an external hollow configuration is an available configuration. 6B is a schematic of a single frequency laser with external hollow tuning, including an optical fiber pumped in the cladding by a diode laser pump.

다른 다이오드 레이저의 대안은 집적 그레이팅과 도파관 구조을 가지고 어느 경우에는 사용자로 하여금 독자적으로, 이득, 위상 및 그레이팅 필터을 제어하게 하는 외부 제어장치를 갖는 분포 피드백 레이저(DFB) 및 분포 블랙 레이저(DBL)을 포함한다. 커플러(50)를 포함하는 DBL구성은 도6a를 참조하면된다. 이는 유연한 모드 선택과 튜닝 능력을 제공한다. 레이저 주파수는 외부 중공의 그레이팅 및/또는 미러 또는 대안적으로 고정된 파장 또는 선택된 모드와 같은 벌크성분의 조절에 의한 다수의 구성으로 동적으로 선택될 수 있다. 다이오드 중심 파장이 선택될 수 있는 범위는 1㎛이하로부터 약 1.3-1.5㎛ 또는 그이상으로부터의 전체에 영향을 주고 후자의 파장은 광 파이버 통신을 위해 이용되는 것과 같은 파장에 상응한다. 어떤 경우에, 재료 처리을 위해 선택된 레이저 파장에서 본 발명의 목적을 위한 중요한 엘레멘트는 "시드"레이저 다이오드의 상승시간과 펄스 형상이다. 또한, 본 발명의 고려는 시드 레이저 파장은 작은 파장 변경에 대한 작은 민감도를 갖는 높은 이득을 가지는, 즉, 충분한 전력을 가진 효율적인 펄스 대 펄스 전력 출력을 유지하는 "프레트" 응답 영역을 가지는 스펙트럼 대역에 일치한다. Ytterbium 도핑 섬유의경우에, 이득은 실리콘의 1.1㎛흡수 에지부근의 적절히 넓은 파장 대역주위에서 높다. 재료 또는 집적 섬유 성분의 또 다른 개발은 섬유 방출 스펙트럼, 시드 레이저 파장 및 목표 재료 특성과 인치할 때 더 유연성을 제공하는 유용한 파장 영역을 연장할 수 있다. 예를들어, 1997년 8월의Photonics Spectra의 92페이지에서 , 1.1㎛-1.7㎛의 파장 범위에 걸친 섬유 레이저 개발에 대한 기술상태가 기록되어 있다.Alternative diode laser alternatives include a distributed feedback laser (DFB) and a distributed black laser (DBL) with integrated grating and waveguide structures and in some cases with external controls that allow the user to independently control gain, phase and grating filters. do. DBL configuration including the coupler 50, see Figure 6a. This provides flexible mode selection and tuning capabilities. The laser frequency can be dynamically selected in a number of configurations by adjusting the bulk components, such as gratings and / or mirrors of the external hollow or alternatively fixed wavelengths or selected modes. The range in which the diode center wavelength can be selected affects the whole from less than 1 μm to about 1.3-1.5 μm or more and the latter wavelength corresponds to the same wavelength used for optical fiber communication. In some cases, important elements for the purposes of the present invention at the laser wavelength selected for material processing are the rise time and pulse shape of the "seed" laser diode. Also contemplated by the present invention is that the seed laser wavelength has a high gain with a small sensitivity to small wavelength changes, i. To match. In the case of Ytterbium doped fibers, the gain is high around a reasonably wide wavelength band near the 1.1 μm absorption edge of silicon. Still further development of materials or integrated fiber components can extend the useful wavelength range, which provides more flexibility when in inches with fiber emission spectra, seed laser wavelengths, and target material properties. For example, on page 92 of Photonics Spectra in August 1997, the state of the art for fiber laser development over the wavelength range from 1.1 μm to 1.7 μm is recorded.

라만 시프터(Raman shifter)의 작동은 짧은 펄스 Q스위치 시스템과의 특정이용에 관해 상술한 특허,759에 설명되어 있다. 바람직하기로는, 이 장치는 출력파장을 바람직한 영역에 이동하여 흡수 콘트라스트를 개량하기 위해 섬유 시스템의 출력에 위치될 수 있다. 상술한 '795특허에서 개시되어 있듯이, 처리를 위한 펄스폭과 작은 스폿크기 요건의 중요성을 인지되기 때문에, 금속링크 처리을 위한 바람직한 시스템의 일반적인 작동은 1.08㎛을 갖는 약 1.06㎛ 또는 그 이상의 범위에 있다.The operation of the Raman shifter is described in the above mentioned patent, 759, regarding its specific use with short pulse Q switch systems. Preferably, the device can be located at the output of the fiber system to move the output wavelength to the desired area to improve the absorption contrast. As disclosed in the above '795 patent, since the importance of pulse width and small spot size requirements for processing is recognized, the general operation of a preferred system for metal link processing is in the range of about 1.06 μm or more with 1.08 μm. .

시드 레이저의 출력은 레이저 재료 처리를 위해 증폭되어 질것이다. 바람직한 광 파이버 레이저 증폭기는 약 30db의 이득을 제공한다. 시드 레이저 출력은 섬유 레이저의 코어에 직접 ,혹은 섬유 전달을 위해 비임을 스플릿하는 벌크 광학장치와 연결되어 있다. 그러나, 이 기술은 처프된 펄스를 이용하여 초고속 레이저분야에 익숙한 당업자에 의해 통상적으로 실행되지만, 바람직한 실시예의 시스템은이러한 초고속 시스템보다 전적으로 덜 복잡하다. 본 발명의 시스템에서, 시드 펄스가 증가하고 펄스 스트레칭과 압축을 위한 어떤한 광학장치도 요구되지 않는다. 증폭기 시스쳄에 이용되는 섬유는 벌크 광학 시스템의 구성에 있어서의 다이크로닉 미러와 시드 및 펌핑 비임의 광학적인 절연을 허용하는 시스레이저보다 상당히 다른 파장, 예를들어 980nm을 갖는 다이오드 레이저로 클래딩 펌프된다.The output of the seed laser will be amplified for laser material processing. Preferred optical fiber laser amplifiers provide a gain of about 30 db. The seed laser output is connected directly to the core of the fiber laser or with bulk optics that split the beam for fiber delivery. However, while this technique is commonly practiced by those skilled in the art of ultrafast lasers using chirped pulses, the system of the preferred embodiment is wholly less complex than such ultrafast systems. In the system of the present invention, the seed pulse is increased and no optics are required for pulse stretching and compression. The fibers used in the amplifier system are cladding pumps with diode lasers with wavelengths, for example 980 nm, which are significantly different than the dichroic mirrors in the construction of bulk optical systems and sheath lasers that allow optical isolation of the seed and pumping beams. do.

코스트, 사이즈 및 일치의 용이의 관점으로부터, 바람직한 구성은 시드 레이저가 섬유 증폭기에 직접 연결된 커플링 구성을 이용한다. 펌프 레이저는 섬유 레이저 시스템 디자인에 능숙한 이에게 알려진 커플링 기술을 이용하여 희토류 Ytterbium(Yd)도핑된 섬유의 클레딩 구조에 고전력 다이오드 에너지, 즉 980nm파장을 주입한다.In view of cost, size and ease of matching, the preferred configuration uses a coupling configuration in which the seed laser is directly connected to the fiber amplifier. The pump laser uses coupling technology known to those skilled in fiber laser system design to inject high power diode energy, or 980 nm wavelength, into the cladding structure of rare earth Ytterbium (Yd) doped fibers.

적은 왜곡은 섬유 증폭기의 중요한 특성이다. 저 분포는 출력 펄스 형상을 시드 레이저 펄스 형상을 실질적으로 일치시키고, 펄스 에지 또는 균일한 전력 형상을 가능한 더 향상시킨다. 광 파이버 이득 매체는 광학 시스템에 전달되어 물체에 집속된 도 5의 증폭기 펄스를 발생한다.Less distortion is an important characteristic of fiber amplifiers. The low distribution substantially matches the output laser shape with the seed laser pulse shape and further enhances the pulse edge or uniform power shape as much as possible. The optical fiber gain medium is delivered to the optical system to generate the amplifier pulse of FIG. 5 focused on the object.

다중 섬유 증폭기는 왜곡이 낮은 경우에 바람직한 경우 또 다른 이득을 위해 캐스케이드될수 있다. 능동 광학 스위치 또는 수동 광학 절연체를 중간 단계의 출력에 제공하여 순간적인 방출을 억제하는 바람직할 수 있다. 이들 기술은 당업자에게 공지되어 있고 미국특허 5,400, 350과 국제 공보 WO 98/42050에 개시되어 있다.Multiple fiber amplifiers can be cascaded for further gain if desired in low distortion cases. It may be desirable to provide an active optical switch or passive optical insulator to the intermediate stage of the output to suppress instantaneous emission. These techniques are known to those skilled in the art and are disclosed in US Pat. Nos. 5,400, 350 and International Publication WO 98/42050.

어느 경우에 있어서, 레이저 서브 시스템에 더해진 펄스 슬라이서를 이용하여 "테일"을 감소하여 펄스 형상을 더 개향시키는 것이 바람직할 수 있다. 이는 포클셀 또는 바람직하기로는 저 지연 음향-광학 변조기와 같은 일렉트로 광학 장치의 형태일 수 있다. 이 기술은, 손상의 위험이 처리 펄스의 작은 다중의 "펄스 기간"에서 발생한다. 예를들어, 에너지가 소정의 펄스 기간의 1.5배내에서 20dB(100:1)까지 감소하게 되면 금속 링크 블로잉 응용에서 기판손상의 위험은 실질적인 목적으로는 발생하지 않는다.In either case, it may be desirable to further refine the pulse shape by reducing the "tail" using a pulse slicer added to the laser subsystem. This may be in the form of an electro-optical device such as a fockle cell or preferably a low delay acoustic-optic modulator. With this technique, the risk of damage occurs in small multiple "pulse periods" of processing pulses. For example, if the energy is reduced by 20 dB (100: 1) within 1.5 times a given pulse period, the risk of substrate damage in metal link blowing applications does not occur for practical purposes.

더 특정하기 위해, 8ns의 펄스기간이 금속 링크 블로잉 응용에서 사각형 펄스 형상에 대해 선택되고 에너지가 12ns에서 20dB으로 내려가면, 남은 에너지는 Si기판에 대한 손상을 야기할수 있는 에저지보다 더 아래이다. 이 손상은 레이저 펄스의 응용후 약 18ns에서 실질적이다.To be more specific, if a pulse duration of 8 ns is selected for a square pulse shape in a metal link blowing application and the energy drops from 12 ns to 20 dB, the remaining energy is lower than the edge, which can cause damage to the Si substrate. This damage is substantial at about 18 ns after application of the laser pulse.

작동의 바람직한 형태에 있어서, 느린 지연, 고 대역폭 펄스 슬라이서가 증폭기 펄스 기간의 끝부근에서 작동하게되고 중앙 로브의 최소 왜곡을 가지는 펄스 테일에 승산효과을 갖는다. 변조기의 증폭기 왜곡과 "턴온 딜레이"의 효과는 펄스 (turn on delay)는 펄스 기간동안 시드 다이오드레이저 파셩의 형상을 변경함으로써 어느정도 보상된다. 집속된 비임에 있어서의 이 일시적인 펄스 형상은 보상되고 바람직한 정방형 형상을 한다.In a preferred form of operation, a slow delay, high bandwidth pulse slicer is operated near the end of the amplifier pulse period and has a multiplication effect on the pulse tail with the minimum distortion of the center lobe. The effect of the amplifier distortion and the "turn on delay" of the modulator is compensated to some extent by changing the shape of the seed diode laser power during the pulse period. This transient pulse shape in the focused beam is compensated and gives the desired square shape.

또한, 현재 섬유 시스템은 처리속도 보다 약간 더 빠른 약 20KHz의 펄스 반복속도에서 최적으로 작동한다. 출력광학 스위치, 예를들어, 느린 딜레이 음향 광학 변조기(이의 드라이버는 컴퓨터에 작동할수 있게 연결되어 있다)는 처리를 위해 펄스를 선택한다. 이 방법에서, 섬유 증폭기와 이에 따른 처리 시스템의 신뢰도가높다. 당업자라면, 펄스 슬라이서와 출력 광학 스위치를 단일의 모듈로 결합하는 것이 바람직하다는 것을 알수 있을 것이다.In addition, current fiber systems operate optimally at pulse repetition rates of about 20 KHz, slightly faster than throughput. An output optical switch, for example a slow delay acoustic optical modulator, whose driver is operatively connected to a computer, selects a pulse for processing. In this method, the reliability of the fiber amplifier and thus the processing system is high. Those skilled in the art will appreciate that it is desirable to combine the pulse slicer and the output optical switch into a single module.

대안적인 파장 시프트를 가진 섬유 증폭기 시스템Fiber amplifier system with alternative wavelength shift

전력 밀도가 매우 높은 경우, 라만 시프트에 대한 본 발명에 이용되는 섬유의 경향이 실험에 의해 나타나 있다. 많은 응용에서, 이러한 시프트는, 중앙 파장 제어가 감소되고 섬유 레이저의 스펙트럼 확대로 인해 더 복잡해지기 때문에 바라직하지 않은것으로 간주된다. 어느 응용에 있어서는, 예를들어, 코히어런트 통신, 좁은 스펙트럼 폭 및 안정성은 중요한 요건이다. 예를들어, 라만 시프팅(및 유사한 Stokes 또는 Brillouin shift)의 바람직하지 않은 효과가 국제 공보 WO 98/42050에 개시되어 있고 다이오드 레이저 파장은 재료 처리를 위해 섬유 레이저 시스템의 증폭 후에 시프트되지 않게 유지한다.When the power density is very high, the tendency of the fibers used in the present invention for Raman shift is shown by experiment. In many applications, this shift is considered undesirable because the central wavelength control is reduced and becomes more complicated due to the spectral magnification of the fiber laser. For some applications, for example, coherent communication, narrow spectral width and stability are important requirements. For example, the undesirable effects of Raman shifting (and similar Stokes or Brillouin shifts) are disclosed in International Publication WO 98/42050 and the diode laser wavelength remains unshifted after amplification of the fiber laser system for material processing. .

라만 이득이나 증폭은 매체와의 제 3차 비선형 상호작용으로부터 야기된다. 고전적인 광학에서, 매체는 선형으로 간주되고 선행 시스템 모델에 의해 광강도와 무관한 광학특성으로 적절히 설명된다. 그러나, 레이저의 발명 후에, 높은 광강도가 속도, 파장 또는 광의 흡수를 변경할수 있는 매체에서 비선형 행위를 발생할수 있다는 것이 결정된다.Raman gain or amplification results from third order nonlinear interaction with the medium. In classical optics, the medium is considered linear and properly described by the preceding system model with optical properties independent of light intensity. However, after the invention of the laser, it is determined that high light intensities can cause nonlinear behavior in a medium that can alter the speed, wavelength or absorption of light.

더구나, 광이 광을 제어하는 "포톤(광자)-포톤" 또는 "웨이브 믹싱"(wave mixing)가 설명되어 있다. 2차 및 3차 비선형 광학의 연구는 주파수 이중 수정(2차)과 같은 많은 실질적인 방법 및 장치을 야기 해온 연구의 적극적인 분야이다. 커효과(Kerr effect)의 기본적인 발견에 따라, 다른 흥미 있는 원리가 자기 집속,자기 안내비임(솔리톤) 및 섬유 및 수정 결과(제 3차)에서의 라만 증폭을 포함하는 것이 발견되었다. 비 선형 광학의 당업자는 실행장치의 개념, 방법 및 분석을 가질 것이다.Moreover, "photon (photon) -photon" or "wave mixing" in which light controls the light is described. The study of secondary and tertiary nonlinear optics is an active field of research that has led to many practical methods and devices such as frequency double correction (second order). Following the basic discovery of the Kerr effect, other interesting principles have been found to include Raman amplification in magnetic focusing, magnetic guiding beams (solitons), and fiber and fertilization results (tertiary). One skilled in the art of non-linear optics will have the concept, method and analysis of the implementer.

비선형성의 상세한 분석후에 람만 이득 계수을 나타내는 관계를 유도하는 매체내에서의 자체 위상 변조로 인한 람만 이득은 다음과 같이 비례하여 영향을 받는다.After a detailed analysis of the nonlinearity, the Ramman gain due to its own phase modulation in the medium inducing a relationship representing the Ramman gain coefficient is proportionally affected as follows.

따라서, 라만 이득 G은 여러 파라미터에 의해 영향을 받는다. 광 파이버에서, 파장 λ, 단면적 A 또는 굴절률 n의 결합을 감소하면 섬유의 소정의 길이에 대한 이득 계수 γ을 증가시킨다. 유사하게, 실행 제한내에서 광학 전력 P을 증가는 이득을 또한 증가시킨다. 비례도 K는 재료의 파라미터이다. 이 제한 내에서, 이득 G는 길이 L섬유 "중공"을 따라 지수적으로 변화한다.Therefore, Raman gain G is affected by several parameters. In an optical fiber, decreasing the coupling of wavelength λ, cross-sectional area A or refractive index n increases the gain factor γ for a given length of fiber. Similarly, increasing optical power P within performance limits also increases gain. The proportionality K is a parameter of the material. Within this limit, the gain G varies exponentially along the length L fiber "hollow".

Gαexp(γL)Gαexp (γL)

지수이득은 피드백을 갖는 광학 증폭기의 일반적인 특성으로 레이징 작용을 발생할 수 있다. 본 발명의 구성에서, 레이징 작용은 이득 스위치된 고속 반도체 시드 레이저에 의해 바람직하게 제공된다. 라만 이득 및 제 3파 비선형 광학 장치에 대한 더 상세한 설명은 다음을 참고하면 된다.Exponential gain is a common feature of optical amplifiers with feedback, which can cause a raging action. In the configuration of the present invention, the lasing action is preferably provided by a gain switched high speed semiconductor seed laser. A more detailed description of Raman gain and third wave nonlinear optics can be found at:

(참고: book FUNDAMENTALS OF PHOTONICS, Wiley-Interscience pobulication, 1991, pp. 751-755)(Note: book FUNDAMENTALS OF PHOTONICS, Wiley-Interscience pobulication, 1991, pp. 751-755)

다만 변환의 여러 내용과 응용이 미국특허 5,877,097; 5,485,480,5,473,622 및 5,917,969에 개시되어있다. 파장 이동은, 신호 비임과 합께 전파하는 펌프 비임이 진동상태와 관련된 "라만 에너지"에 대응하는 에너지 차와 같은 파장 차이를 갖을 때, 발생한다. 게르마늄으로 도핑된 실리카 섬유는 높은 라만 이득을 갖도록 하는 것이 알려져 있다. 유사하게, 브릴루인 시프트(Brillouin shift)는 라만 이동보다 실질적으로 작을 지라도, 진동 에너지 차에 해당한다.However, the contents and applications of the transformation are described in US Pat. 5,485,480,5,473,622 and 5,917,969. Wavelength shift occurs when the pump beam propagating in combination with the signal beam has a wavelength difference equal to the energy difference corresponding to the "Raman energy" associated with the vibrational state. It is known that silica fibers doped with germanium have a high Raman gain. Similarly, the Brillouin shift corresponds to the vibrational energy difference, although substantially smaller than the Raman shift.

설명을 위해 수동 라만 증폭기와 표준 Yd로 도핑된 섬유 증폭기사이에 준제할수 있는 차이를 주목하는 것이 중요하며, 각각의 이들 증폭기는 여러 구성과 결합에 이용될 수 있다. 라만 증폭기는 코어내에 능동소자를 가지지 않는 다는 것에 주지해야 한다. 코어는, 클래딩이 표준 증폭기 또는 레이저로 펌프될 지라도 효과적으로 비활성된다. 굴절률은 코어의 게르만늄을 개량함으로써 변경된다. 다음 이는 모드 사이즈를 변경하여 라만 이동 능력응 증가하여 고이득을 제공한다. 따라서, 라만이동은 퓨즈된 실리카 매체에서 발생한다.It is important to note the comparable differences between passive Raman amplifiers and fiber amplifiers doped with standard Yd for illustration purposes, each of which can be used in various configurations and combinations. Note that Raman amplifiers do not have active elements in the core. The core is effectively deactivated even if the cladding is pumped with a standard amplifier or laser. The refractive index is changed by improving the germanium of the core. This then changes the mode size to increase the Raman mobility and provide high gain. Thus, Raman migration occurs in fused silica media.

재료처리을 위해 이용되는 섬유 증폭기의 출력 파장이 시드 레이저 파장과 일치하는 선행기개시에 대하여, 출원인은 섬유내에 라만 시프트를 사용하 것이 장점이 있다고 제한 했다. 스펙트럼 폭(파장 스프레이드)에서의 증가는 이 증가가 큰 제항 인자가 아닌 곳에서 크다. 파장 이동은 레인지 비임과 목표재료사이의 커플링을 향상시키는, 예를들어, 실리콘의 흡수 에지(약 1.12㎛)로 파장을 이동하면서 본발명의 장점, 예를들어 약 1ns의 빠른 상승 시간, 수나노처의 펄스기간 및 빠른 하강시간을 갖는 펄스을 제공하는 것이 사실상 바람직하다.For the preceding initiation where the output wavelength of the fiber amplifier used for material processing coincides with the seed laser wavelength, Applicants have limited the advantage of using Raman shift in the fiber. The increase in the spectral width (wavelength spray) is large where this increase is not a large drag factor. The wavelength shift improves the coupling between the range beam and the target material, for example, by shifting the wavelength to the absorption edge of silicon (about 1.12 μm), for example, a fast rise time of about 1 ns, a number of times. It is virtually desirable to provide pulses with nanoture pulse durations and fast fall times.

본 발명의 대안적인 구성에 있어서, 파장이동은 도 12에 도시되어 있듯이, 섬유(90)내에 람만 증폭을 사용하여 성취될수 있다. 이 실시예에 의해, 제어된 람만 이동 출력 비임(91)을 장점으로 이용함과 동시에 제어된 시프팅의 상태를 완하하는 간단한 구성이 야기된다.In an alternative configuration of the present invention, wavelength shift can be accomplished using Ramman amplification in the fiber 90, as shown in FIG. This embodiment results in a simple configuration that uses only the controlled ram moving output beam 91 as an advantage while at the same time relieving the state of controlled shifting.

도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 광을 매체의 진동 천이에 연결하여 발생된 라만 이동은 코어의 크기를 감소시키거나 라만과정의 향성을 야기하는 굴절률을 변화함으로써 성취된다. 레이저 출력(97)은 섬유 출력에서 더 긴 파장λ+Δλ출력 비임을 발생하도록 섬유(90)에서 이동한 시드 레이저 또는 레이저 다이오드(93)의 파장 λ을 갖는다. 예를들어, 레이저 다이오드(93)는 약 1.06㎛에서 중심 파장을 갖는 반도체 다이오드 일수 있고 라만 시프팅은 실리콘의 온실 온도 흡수 에지인 약 1.12㎛의 파장 99에 대한 출력을 이동시키는데 이용되는 것이 바람직할 하다. 출력 비임(91)은 시스템(94)에 의해 실리콘 장치(95)에 전달 되어 집속된다.12 and 13, in a preferred embodiment of the present invention, Raman movement generated by coupling light to the vibrational transition of the medium is achieved by reducing the size of the core or by changing the refractive index causing the directionality of the Raman process. do. The laser output 97 has the wavelength λ of the seed laser or laser diode 93 moved in the fiber 90 to produce a longer wavelength λ + Δλ output beam at the fiber output. For example, laser diode 93 may be a semiconductor diode having a center wavelength at about 1.06 μm and Raman shifting may be used to shift the output for wavelength 99 of about 1.12 μm, the greenhouse temperature absorbing edge of silicon. Do. The output beam 91 is delivered to and focused by the silicon device 95 by the system 94.

바람직한 실시예에서, 증폭기 단은 최소화되어 이득 및 출력 전력에 대한 요건과 일치된다.In a preferred embodiment, the amplifier stage is minimized to match the requirements for gain and output power.

본 발명의 하나의 구동에 있어서, 2단 시스템을 도 14에서 도시한 것처럼, 이용된다. 구성이나 기능 면중 어느 하나에서 도 12의 소자와 같거나 유사한 소자는 동일한 참조번호를 가지고 있지만, 하나의 프라임 표시를 했다. 상당이 넓은 대역폭을 가지고 고전력 반도체 다이오드에 의해 펌프된 섬유(90')를 갖는 Yb도핑된 증폭기는 전치 증폭기와 파장 이동 단계의 결합으로 이용된다. 반도체 레이저 다이오드(93')에 의해 발생된 시드 레이저 출력 파장(97'), 예를들어, 1.064㎛는 더 높은 파장, 약 1.120㎛로 이동하여 제 1단 출력(91')을 발생시킨다.In one drive of the present invention, a two-stage system is used, as shown in FIG. In either configuration or function, the same or similar elements as those in FIG. 12 have the same reference numerals, but are marked with one prime mark. Yb-doped amplifiers having a considerable wide bandwidth and having fibers 90 'pumped by high power semiconductor diodes are used in combination of the preamplifier and wavelength shifting stages. The seed laser output wavelength 97 'generated by the semiconductor laser diode 93', e.g., 1.064 mu m, shifts to a higher wavelength, about 1.120 mu m, to generate a first stage output 91 '.

출력(91')은 커플러에 의해 라만 증폭기를 형성하는 게르마늄으로 도핑된 퓨즈된 실리커 섬유와 같은 상당히 좁은 대역폭과 높은 라만 이득을 갖는 수동단(901)에 연결된다. 섬유로부터 분지된 증폭된 출력 비임(902)이 수집되어 목표 영역에 전달된다.The output 91 'is connected to a passive stage 901 with a fairly narrow bandwidth and high Raman gain, such as fused silica fibers doped with germanium to form a Raman amplifier by a coupler. An amplified output beam 902 branched from the fiber is collected and delivered to the target area.

분산 또는 간섭 필터인 필터(903)를 이용하여 대역폭을 좁게하고 수퍼리우스 파장을 거절한다.Filter 903, which is a distributed or interference filter, is used to narrow the bandwidth and reject the superrius wavelength.

예를 들면, 아래의 표는 본발명에 사용하기위해 출원이 제조한 특별한 레이저와 관련된 파라미터를 나타내고 있다. 1.12㎛의 공표된 실리콘 흡수 에지부근에 바람직한 1.118㎛에서의 피크 출력에너지가 도시되어 있다.For example, the table below shows the parameters associated with a particular laser produced by the application for use in the present invention. The peak output energy at 1.118 μm is shown near the published silicon absorbing edge of 1.12 μm.

시드 레이저 파장Seed laser wavelength 1.064㎛1.064 μm 출력 에너지, 속도Output energy, speed 10Khz에서 10uJ10uJ at 10Khz 필터 길이Filter length 3m3m 출력파장Output wavelength 1.1176㎛1.1176 μm 스펙트럼 폭Spectral width 6-9nm6-9nm M**2M ** 2 1.051.05 펄스 상승기간, 기간, 하강시간Pulse Rise Period, Duration, Fall Time ~1ns, 5-15ns, 1ns~ 1ns, 5-15ns, 1ns 수퍼리우스 파장 거절Superrius Wavelength Rejection 22DB22DB

라만 섬유 증폭기 출력 비임은 다음 광학 시스템(94)에 의해 모아져저 집속되고 목표 영역(95)로 집속된다. 본 발명의 구성에 있어서, 라만 증폭기는 제어된 라만 시프트을 동시에 제공하면서 기능의 손실 없이 도 7의 출력 수정(예를들어 파장 시프터)에 대한 필요성을 제거한다.The Raman fiber amplifier output beam is then collected by the optical system 94 to focus and to the target region 95. In the configuration of the present invention, the Raman amplifier simultaneously provides controlled Raman shifts while eliminating the need for the output modification of FIG. 7 (eg wavelength shifter) without loss of functionality.

또한, 표준 레이저 다이오드 파장(예를들어,1.064㎛)이 유용하고 고전력 다이오드와 결합하는 경우, 유용한 결합 파장(예를들어, 980nm)를 펌핑하는데 이용되는 레이저 어레이가 매우 높은 출력 전력을 가진 바람직한 범위 (예를들어, 1.098㎛에서 1.123㎛)에서 발생할 수 있다. 이러한 결합은 보조구조의 손상을 방지하면서, 반사 금속 링크 구조(예를들어, 알류미늄)를 처리하는데 바람직하다.In addition, where standard laser diode wavelengths (eg, 1.064 μm) are useful and are combined with high power diodes, the preferred range for laser arrays used to pump useful coupling wavelengths (eg, 980 nm) with very high output power. (Eg, 1.098 μm to 1.123 μm). Such bonding is desirable for treating reflective metal link structures (eg, aluminum) while preventing damage to the auxiliary structure.

당업자라면, 다이오드 레이저와 펌프 파장의 기타 결합은 재료 처리 요건에 의존하여 바람직할 수 있다는 것을 알것이다. 이러한 원리는 가시 스텍트럼의 래드(red)-블루(blue)부분에서 더 짧은 파장에 적용될 수 있다. 이 가스 스펙트럼에 있어서, 어 떤 재료는 향상된 결합 효율로 인한 적절한 처리을 위해 적은 레이저 전력을 요구한다. 또한, 예를들면, 섬유 시스템은 높은 출력 전력을 가진 거의 IR에서 라만 시프팅을 위해 이용될수 있고 다음에 UV출력에 트리플된 주파수에 이용될 수 있다.Those skilled in the art will appreciate that other combinations of diode lasers and pump wavelengths may be desirable depending on the material processing requirements. This principle can be applied to shorter wavelengths in the red-blue portion of the visible spectrum. In this gas spectrum, some materials require less laser power for proper processing due to improved coupling efficiency. Also, for example, the fiber system can be used for Raman shifting at near IR with high output power and then at a frequency tripled to the UV output.

라만이동은 본발명의 재료 처리 응용에 필용한 섬유 레이저의 고 전력 밀도 때문에 발생한다. 따라서, 본발명의 확인 장점은 재료 처리을 위해 요건에 일치하는 출력 파장을 발생하기 위해 입력 파장의 제어가능 한 이동으로부터 야기된다. 약 50-60nm의 일반적으로 바람직하지 않은 이동은 실험을 통해 전에 발견되었다. 스펙트럼 확대가 발생하고 이 방법은 섬유 레이저 디자인의 분에에 이용될 수 있어서 필터를 이용하여 출력 스펙트럼 이동을 최소화하여 대역폭을 좁게할 수 있다는 것을 알수 있다. 이러한 필터는 상업상 이용가능한 시스템에 기록된 굴절 그레이팅 또는 벌크 간섭 필터일 수 있다. (넓은 스펙트럼에 걸친) 광학 출력 대 응용인 협대역 출력 전력의 통상적인 트레이드오프는 의존적이다.Raman migration occurs because of the high power density of fiber lasers required for the material processing applications of the present invention. Thus, the identification advantage of the present invention results from the controllable shift of the input wavelength to generate an output wavelength that matches the requirements for material processing. Generally undesirable shifts of about 50-60 nm have been previously found throughout the experiment. It can be seen that spectral broadening occurs and this method can be used in minutes of fiber laser designs, so that the filter can be used to minimize the output spectral shift to narrow the bandwidth. Such filters may be refractive grating or bulk interference filters recorded in commercially available systems. The typical tradeoff of narrowband output power, which is optical output versus application (over a broad spectrum), is dependent.

레이저 시스템-대안품Laser System-Alternative

시드레이저와 섬유 증폭기의 바람직한 시스템에는 여러 장점이 있다. 적절한 드라이버를 가진 레이저 다이오드의 전류 변조는 낮은 왜곡으로 섬유 레이저 증폭기에 의해 증폭된 바람직한 이득-교환 펄스 형상을 직접 발생할 수 있다. 이 방법은 본 발명을 실행하는 가장 좋고 가장 효율적인 접근 방법이라고 여겨진다. 그러나, 레이저 펄스 발생 및 형성의 분야에 익숙한 이는 기타 덜 효율 적인 접근 방식이 이용될 수 있다는 것을 알 것이다. 예를들어, 4,483,005의 개시보다 넓게 확장된 Q스위치된 시스템의 변형은 여러 제어 기능을 사용하여 매우 평탄한 펄스를 얻어 변조기 응답시간이 충분히 빠르게 제공된 포클 셀 또는 광학 스위치를 구동할 수 있다. 펄스폭에 대한 현대 기술은 변형된 출력 커플러, 예를 들어, Nd:YAG Q스위치된 레이저를 GaAs로 벌크 또는 수정 형태중 하나로 대치하는 커플러를 포함한다. 수 피코초에서 수 나노초까지의 기간의 Q스위치된 펄스는 OPTICAL ENGINEERINH, 38(11), 1785-88, 1999년 9월의 GaAs출력 커플러을 가진 Nd:YAG레이저의 수동 Q스위치칭에 알려져 있다.There are several advantages to the preferred system of seed radar and fiber amplifiers. Current modulation of a laser diode with a suitable driver can directly produce the desired gain-exchange pulse shape amplified by the fiber laser amplifier with low distortion. This method is considered to be the best and most efficient approach to practicing the present invention. However, those familiar with the field of laser pulse generation and shaping will appreciate that other less efficient approaches may be used. For example, a variant of a Q-switched system that extends wider than the disclosure of 4,483,005 can use a number of control functions to drive a fockle cell or optical switch provided that the modulator response time is fast enough to obtain a very flat pulse. Modern techniques for pulse width include modified output couplers, for example couplers that replace Nd: YAG Q-switched lasers with either GaAs in bulk or crystal form. Q-switched pulses from several picoseconds to several nanoseconds are known for passive Qswitching of Nd: YAG lasers with GaAs output couplers from OPTICAL ENGINEERINH, 38 (11), 1785-88, September 1999.

레이저 처리 단계 및 결과Laser Processing Steps and Results

금속 링크(25)가 예를들어, 0.3-0.5마이크론 두께일 수 있는 실리콘 디옥사이드 절연체 층(32)에 의해 실리콘 기판(30)에 지지되어 있다. 실리콘 디옥사이드는 링크위에 연장하여 있고 실리콘 질소화물의 부가적인 절연층은 SiO2위에 제공되어 있다. 링크 블로잉 기술에 있어서, 레이저 비임은 각각의 링크에 충돌하고 이를 융점까지 가열한다. 가열 중에, 금속은 피복 불활성층의 경계효과에 의한 증발을방지한다. 짧은 파장의 기간 중에, 레이저 비임은 점차적으로 금속을 가열하고 나서야, 절연체가 파괴되도록 금속이 팽창하게 된다. 이 점에서, 융용 재료는 일시적으로 증발하여 파괴된 구멍을 통해 바람으로 크리닝하는 고압하에 놓인다.The metal link 25 is supported to the silicon substrate 30 by a silicon dioxide insulator layer 32, which may be 0.3-0.5 microns thick, for example. Silicon dioxide extends over the link and an additional insulating layer of silicon nitride is provided over SiO 2 . In link blowing techniques, a laser beam impinges on each link and heats it to the melting point. During heating, the metal prevents evaporation due to the boundary effect of the coating inert layer. During a short wavelength period, the laser beam must gradually heat the metal until the metal expands to break the insulator. At this point, the molten material is placed under high pressure, temporarily evaporating and cleaning with the wind through the destroyed holes.

상술한 ,759특허에 개시되어 있듯이, 작은 금속 링크와 이용되는 매우 작은 스폿 크기 일지라도, 열이 목표물을 타격하는 비임의 부분으로 부터 전도에 의해 지수 그레디언트을 기본적으로 확산시키는 것으로 간주된다. 8나노초의 펄스, 바람직하기로는, 실직적으로 이 보다 적은 펄스로 링크의 증발에 대한 충분한 에너지가 전달되도록 피크 비임 전력을 이용함으로써, 열 전달의 전도 성분은 매우 얇은 지라도, 금속링크와 피복 산화층에 실질적으로 감금될 수 있어서, 실리콘의 비임의 흡수에 대해 이바지하는 온도상승과 전도에 이바지하는 실리콘의 온도상승이 허용되지 않은 실리콘 손상이 발생하는 온도 임계치이하로 축적가능하게 유지된다.As disclosed in the aforementioned 759 patent, even with small metal links and very small spot sizes used, it is considered that the heat basically diffuses the exponential gradient by conduction from the portion of the beam hitting the target. By using peak beam power to deliver sufficient energy for the evaporation of the link in pulses of 8 nanoseconds, preferably substantially less than this, the conduction component of the heat transfer is very thin, although the conductive component Substantially confined, the temperature rise that contributes to the absorption of the beam of silicon and the temperature rise of the silicon that contributes to conduction remain accumulator below the temperature threshold at which unacceptable silicon damage occurs.

더구나, 상술한 ,759특허는 링크와 인접구조의 열전송 특성에 관한 여러 중요한 내용을 개시하고 있다. 열 모델에 의하면, 목표재료의 두께에 의존하는 좁은펄스 폭 3-10nm는 대표 크기에 대한 Si기판의 연속 손상 및 열전도를 방지하는데 바람직하다는 것을 보여주고 있다. 그러나, 링크와 인접하는 기타 구성은 다음 실업결과에 나타나 있듯이, 레이저 처리 결과의 품질에 영향을 줄 수 있다.Moreover, the above-mentioned, 759 patent discloses several important contents regarding the heat transfer characteristics of the link and the adjacent structure. The thermal model shows that a narrow pulse width of 3-10 nm, depending on the thickness of the target material, is desirable to prevent continuous damage and thermal conduction of the Si substrate to its representative size. However, other configurations adjacent to the link may affect the quality of the laser treatment results, as shown in the following unemployment results.

이득 스위치된 정방형 펄스 형상의 장점은 컴퓨터 시뮬레이션(유한 성분 분석)을 통해 검증된다. 링크 블로잉에 이용되는 레이저에 대한 사향은 다음과 같다.The benefits of gain-switched square pulse shapes are verified through computer simulation (finite component analysis). The musk for the laser used for link blowing is as follows.

▶ 레이저 파장 1.083 마이크론▶ Laser Wavelength 1.083 Micron

▶ 최대 레이저 에너지 10마이크로주울Maximum laser energy 10 micro Joules

▶ 펄스 폭 7ns(FWHM, 정방형 펄스)▶ Pulse Width 7ns (FWHM, Square Pulse)

▶ 반복 속도 10KHz(70KHz 레이저 속도)Repetition rate 10KHz (70KHz laser speed)

▶ 공간 프로파일 가우시안, TEM-OO, M2=1.0(시간 굴절 한계)Spatial profile Gaussian, TEM-OO, M 2 = 1.0 (temporal refraction limit)

▶ 분극 비분극화Polarization Depolarization

▶ 펄스 상승시간 ~.5nsPulse rise time ~ .5ns

선택된 레이저는 98nm 펌프 다이오드와 7마이크론 직경 단일 모드 섬유를 이용한 MOPA구성에서 Ytterbium, 클레딩 펌프된 섬유 레이저이다.The laser chosen was a Ytterbium, clad pumped fiber laser in a MOPA configuration using a 98 nm pump diode and 7 micron diameter single mode fiber.

최근 발생 메모리 장치위에 특정된 레이저의 실험결과는 표준 Q스위치 레이저 시스템에 비교할때 우수한 성능을 나타낸다. 이 결과에 의하면, MOPA 레이저의 짧고 빠른 상승시간이 고 성능을 나타내게 된다.Experimental results of lasers specified on recent memory devices show superior performance compared to standard Q-switched laser systems. According to this result, the short and fast rise time of the MOPA laser shows high performance.

앞에서 설명되어 있듯이, 이 러한 이유는 세가지가 있다.As explained earlier, there are three reasons for this.

1. 1.083 파장은 1.047㎛ 파장에 비교하여 1.083㎛ 에서 발생하는 약 10배 이하의 흡수로 기판손상을 방지하기에 충분히 길다.1. The 1.083 wavelength is long enough to prevent substrate damage with absorption of about 10 times or less occurring at 1.083 µm compared to the 1.047 µm wavelength.

2. 빠른 상승 펄스는 열충격을 링크 제거을 이용하는 산화물의 피복층에 제공한다.2. A fast rising pulse provides thermal shock to the coating of oxide using link removal.

3. 빠른 상승 펄스의 높은 전력 밀도는 효율적인 에너지 연결을 허락하는 링크 굴절률을 감소 시킨다.3. The high power density of the fast rising pulse reduces the link refractive index, which allows for efficient energy connection.

이들 특성은 Q스위치 시스템으로 관측되는 상호작용과 매우 다르다. 더구나, 컴퓨터 유한 성분 모델을 이용하여 여러 재료 두께 및 링크 사이즈에 대한 빠른 상승 펄스의 효과를 시뮬레이션한다. Bernstein, 즉 참조번호 3의 저술자에 의해 발생된 컴퓨터 모델의 결과가 도 11a와 도 11b에 도시되어 있다. 다음 표 A와 B는 도 11a 및 도 11b의 그래표와 각각 관련되어 있다.These characteristics are very different from the interactions observed with the QSwitch system. Moreover, computer finite component models are used to simulate the effect of fast rising pulses on various material thicknesses and link sizes. The results of the computer model generated by Bernstein, the author of reference 3, are shown in FIGS. 11A and 11B. The following Tables A and B relate to the graphs of FIGS. 11A and 11B, respectively.

표ATable A

모델 1@ 0.7uJModel 1 @ 0.7uJ 정방형 펄스Square pulse 느린 상승펄스Slow rising pulse 첫번째 클랙First crack 929K @ 1.88ns929K @ 1.88ns 978K @ 2.40ns978K @ 2.40ns 두번째 클랙Second crack 1180K @2.93ns1180K @ 2.93ns 1380K @ 3.45ns1380K @ 3.45ns 세번째 클랙Third crack 1400K @ 2.05ns1400K @ 2.05ns 없음none 네번째 클랙Fourth crack 1520K @ 4.73ns1520K @ 4.73ns 없음none

A1 두께 :0.8㎛ A1폭:0.8㎛A1 thickness: 0.8 μm A1 width: 0.8 μm

SiO2: 0.1㎛ Si3N4:0.4㎛SiO 2 : 0.1 μm Si 3 N 4 : 0.4 μm

레이저 에너지:0.7uJLaser Energy: 0.7uJ

표2Table 2

모델 2@ 0.7uJModel 2 @ 0.7uJ 정방형 펄스Square pulse 느린 상승시간Slow rise time 첫번째 클랙First crack 974K @ 2.03ns974K @ 2.03ns 1050K @ 2.55ns1050K @ 2.55ns 두번째 클랙Second crack 없음none 없음none 세번째 클랙Third crack 없음none 없음none 네번째 클랙Fourth crack 없음none 없음none

A1 두께 :0.8㎛ A1폭:0.8㎛A1 thickness: 0.8 μm A1 width: 0.8 μm

SiO2: 0.6㎛ Si3N4:0.6㎛SiO 2 : 0.6 μm Si 3 N 4 : 0.6 μm

레이저 에너지:0.7uJLaser Energy: 0.7uJ

스트레스 및 온도 히스토리는 서브 나노초 상승시간을 가진 빠른 상승 펄스의 중요성을 확실하게 나타낸다. 상당한 에너지가 존재하면 제거가 완료된 후 수나노초, 예들들어, 15ns을 제공하면, Si가 손상을 입게될 수 있다는 것을 또한 알수 있다. 빠른 하강 시간은 높은 소멸과 합께 또한 중요하다.The stress and temperature history clearly demonstrates the importance of fast rising pulses with sub nanosecond rise times. It can also be seen that providing significant nanoseconds, e.g., 15 ns after removal is complete if significant energy is present, may damage the Si. Fast fall times are also important with high extinction.

본 발명에 따라서, 빠른 붕괴를 가진 사각형 펄그로 펄스기을 제한하고 파장의 적절한 선택에 의해 실리콘 기판이 상당히 냉각된다. 이 예에서 레이저 파장은 (약 1.1㎛)의 실리콘 온실 흡수 에지보다 약간 낮다. 여기에 보고된 결과가 기판 손상을 나타내지 않을 지라도, 향상된 마진이 바람직한 경우 유용하다는 것에 유의 해야 한다. 예를들어, 라만 시프터는 흡수 에지이상의 출력 파장을 이동하는데 이용될 수 있다. 대안적으로, 또 다른 다이오드 레이저는 MOPA구성에 잠재적으로 상업상이용가능하다. 이러한 파장 선택과 이동 기술은 레이지 처리와 마이크로머싱 응용에 이용되는 것이 바람직하다. 따라서 열을 제한 함으로써, 실리콘이 흡수에지를 적외선에 이동시키지 않고 실리콘 손상이 발생할 수 있는 열 폭주 상태로 된다는 것을 알수 있다.According to the present invention, the silicon substrate is considerably cooled by limiting the pulser to rectangular pulp with rapid collapse and by the proper choice of wavelength. In this example the laser wavelength is slightly lower than the silicon greenhouse absorbing edge of (about 1.1 μm). Although the results reported here do not indicate substrate damage, it should be noted that improved margins are useful when desired. For example, Raman shifters can be used to shift the output wavelength above the absorbing edge. Alternatively, another diode laser is potentially commercially available for MOPA configurations. This wavelength selection and transfer technique is preferably used for lazy processing and micromaching applications. Therefore, by limiting the heat, it can be seen that the silicon is in a thermal runaway state where silicon damage may occur without moving the absorbing edge to the infrared.

금속 링크를 청결하게 블로잉하는 빠른 펄스 발생용 MOPA구성의 특정 실시예는 펄스형성의 예를 간주되고 제한이 아니라 설명을 위해 제공된다. 시드 레이저의 방향변조를 통해 펄스 형상에 대한 효율적인 서브 나노초 제어가 유지되어 출력 펄스 형상을 보정하기 위한 빠른 보상의 가능성을 포함하는 장점이 발견된다. 마이크로머싱, 마킹, 스트라이빙등의 다른 응용이 정밀하고 빠른 펄스제어로부터의 바람직할 수 있다. 예를들어, 시드 다이오드는 표면내에서의 "평활"파형 또는 기타 Q스위치되지 않은 파형으로 변조되기 용이하다. 마찬가지로, 레이저 다이오드의 빠른 응답때문에, 빠른 순서로 가변 폭, 짧은 펄스의 시퀸스를 발생할 수 있다. 레이저 처리의 기술분야의 사람은 레이저 시스템의 넓은 응용을 이해 할 것이다. 본 발명의 범위는 다음 클레임에 의해 표시되어 있고 제한 하려는 것은 아니다.Certain embodiments of a fast pulse generation MOPA configuration that cleanly blows metal links are considered examples of pulse formation and are provided for illustration rather than limitation. Directional modulation of the seed laser is found to maintain efficient sub-nanosecond control over the pulse shape, including the possibility of fast compensation to correct the output pulse shape. Other applications such as micromachining, marking, scribing, etc. may be desirable from precise and fast pulse control. For example, seed diodes are susceptible to being modulated into “smooth” waveforms or other non-switched waveforms within the surface. Likewise, due to the fast response of the laser diode, it is possible to generate sequences of variable width, short pulses in a fast order. Those skilled in the art of laser processing will understand the broad application of laser systems. The scope of the invention is indicated by the following claims and is not intended to be limiting.

Claims (84)

목표 재료을 포위하는 재료의 전기적 또는 물리적 특성의 바람직하지 않은 변경을 야기하지 않고 마이크로스코픽 영역에서의 특정된 크기를 갖는 목표 재료를 처리하는 레이저를 기반으로 한 방법에 있어서,A laser based method for treating a target material having a specified size in a microscopic region without causing undesirable alteration of the electrical or physical properties of the material surrounding the target material, 펄스 트레인의 각각의 펄스는 소정의 형상을 하며, 반복 속도에서 제 1 파장을 갖는 레이저를 이용하는 상기 레이저 펄스 트레인을 발생하는 단계와;Generating each laser pulse train using a laser having a first wavelength at a repetition rate, wherein each pulse of the pulse train has a predetermined shape; 증폭된 펄스 트레인을 얻기 위해 펄스의 소정의 형상을 크게 변경시키지 않고 광학적으로 증폭하는 단계와, 각각의 증폭된 펄스는 실질적으로 사각형 임시 전력 밀도 분포, 날카로운 상승시간, 펄스 기간 및 하강시간을 가지며;Optically amplifying without significantly changing the desired shape of the pulse to obtain an amplified pulse train, each amplified pulse having a substantially rectangular temporary power density distribution, a sharp rise time, a pulse duration and a fall time; 증폭된 파장 이동 펄스 트레인을 얻기 위해 제 1 파장과 다른 제 2파장에 제 1 파장을 제어할수 있게 이동하는 단계와;Controllably shifting the first wavelength to a second wavelength different from the first wavelength to obtain an amplified wavelength shift pulse train; 증폭되고 파장 이동된 펄스 트레인의 최소한의 부분을 목표 재료상의 스폿에 이동하여 집속하는 단계와. 상승시간은 목표재료에 레이저 에너지를 효율적으로 연결하기에 충분히 빠르며, 펄스 기간은 목표 재료를 처리히기에 충분하며, 하깅시간은 목표재료를 포위하는 재료에 대한 바람직하지 않은 변경을 방지하는데 충분히 빠르며, 제 2 파장은 레이지 에너지를 제 1 파장보다 더 효률적으로 목표재료에 효율적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.Moving and focusing at least a portion of the pulse train amplified and wavelength shifted to a spot on the target material. The rise time is fast enough to efficiently connect the laser energy to the target material, the pulse duration is sufficient to process the target material, the hagging time is fast enough to prevent undesirable changes to the material surrounding the target material, And the second wavelength efficiently couples the lazy energy to the target material more efficiently than the first wavelength. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 목표 재료는 마이크로구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.And the target material comprises a microstructure. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 마이크로 구조는 전도 라인인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.And wherein the microstructure is a conducting line. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 전도 라인은 금속 라인이고 펄스 기간은 금속 라인의 특정부분을 효과적으로 가열하여 증발시키는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.The conducting line is a metal line and the pulse duration effectively heats and evaporates a specific portion of the metal line. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 목표재료는 반도체 장치의 부분인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.And the target material is part of the semiconductor device. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 반도체 장치는 실리콘 반도체 장치이고 제 2 파장은 실리콘의 흡수 엔지에 있는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.The semiconductor device is a silicon semiconductor device and the second wavelength is in an absorption engine of silicon. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 반도체 장치는 반도체 메모리인 것을 특징으로 하는 에너지 효율방법.An energy efficiency method, wherein the semiconductor device is a semiconductor memory. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 메모리는 적어도 16 및 최고 256메가비트의 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.And wherein the memory has a density of at least 16 and up to 256 megabits. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 목표 재료를 포위한ㄴ 재료의 최소한의 부분은 기판인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법At least a portion of the material surrounding the target material is a substrate 제 9항에 있어서,The method of claim 9, 기판은 반도체 기판인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.And the substrate is a semiconductor substrate. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 목표재료는 마이크로 전자 장치의 부분인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.Energy efficiency method, characterized in that the target material is part of a microelectronic device. 제 5항에 있어서,The method of claim 5, 반도체 장치는 마이크로 일랙트로 메카니컬 장치인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.The semiconductor device is an energy efficiency method, characterized in that it is a micro electro mechanical device. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 실질적으로 사각형의 일시적인 전력 밀도 분포는 목표재료를 실질적으로 완전히 제거하기에 충분한 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.The substantially rectangular transient power density distribution is sufficient to substantially completely remove the target material. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상승시간은 1 나노초이하인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.Energy efficiency method, characterized in that the rise time is less than 1 nanosecond. 제 14항에 있어서,The method of claim 14, 상승시간은 .5나노초이하인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.Energy efficiency method, characterized in that the rise time is less than .5 nanoseconds. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 펄스 기간은 10나노초 이하인 것을 특징으로 하는에너지 효율 방법.The pulse duration is less than 10 nanoseconds energy efficiency method. 제 16항에 있어서,The method of claim 16, 펄스 기간은 5나노초이하 인것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.Energy efficiency method, characterized in that the pulse period is less than 5 nanoseconds. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 하강시간은 2 나노초이하 인것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.Energy efficiency method, characterized in that the fall time is less than 2 nanoseconds. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 단일 증폭된 펄스는 목표재료을 처리하기에 충분한 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.Wherein the single amplified pulse is sufficient to process the target material. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 목표재료는 증폭된 펄스에 대한 굴절률을 가지며, 증폭된 펄스의 전력 밀도는 증폭된 펄스에 대한 목표재료의 굴절률을 감소하여 목표재료에 대한 레이저 에너지의 효율적인 연결을 제공하는데 충분이 높은 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.The target material has a refractive index for the amplified pulse, and the power density of the amplified pulse is high enough to reduce the refractive index of the target material for the amplified pulse to provide an efficient connection of laser energy to the target material. Energy efficiency method. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 각각의 증폭된 펄스는 펄스기간에 걸쳐친 상당히 균일한 전력 밀도 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.Wherein each amplified pulse has a fairly uniform power density distribution over the pulse duration. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 각각의 펄스는 펄스중 10%내에 균일한 일시적 전력 밀도 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.Wherein each pulse has a uniform transient power density distribution within 10% of the pulses. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 목표재료를 포위하는 재료는 광학 특성과, 목표재료의 상응하는 재료와 다른 열 확산 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.The material surrounding the target material has optical properties and heat spreading properties different from the corresponding material of the target material. 제 23항에 있어서,The method of claim 23, wherein 광학특성은 흡수를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.And wherein the optical characteristic comprises absorption. 제 23항에 있어서,The method of claim 23, wherein 광학 특성은 분극 민감도를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.The optical characteristic comprises energy polarization sensitivity. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 반복속도는 최소한 1000펄스/초인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.Energy efficiency method, characterized in that the repetition rate is at least 1000 pulses / second. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 각각의 증폭된 펄스는 에너지의 최소한 .1 및 최고 3마이크로 주울을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.Wherein each amplified pulse has at least .1 and up to 3 micro Joules of energy. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 광학적으로 증폭하는 단계는 적어도 20DB의 이득을 제공하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.Optically amplifying provides at least 20 DB of gain. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상승 시간과 하강시간은 펄스 기간의 1/2이하이고, 각각의 증폭된 펄스의 피크 전력은 상승 시간과 하강 시간사이에서 실질적으로 일정한 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.The rise time and fall time are less than one half of the pulse period and the peak power of each amplified pulse is substantially constant between the rise time and the fall time. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 각각의 증폭된 펄스는 테일을 가지며, 펄스의 전력양을 실질적으로 유지하면서, 증폭된 펄스의 하강시간을 감소하기 위해 증폭된 펄스의 테일의 레이저 에너지를 감쇠하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.Each amplified pulse has a tail and includes attenuating the laser energy of the tail of the amplified pulse to reduce the fall time of the amplified pulse while substantially maintaining the amount of power of the pulse. Way. 제 30항에 있어서,The method of claim 30, 테일에서의 감쇠된 에너지는 펄스기간의 1.5배내에서 적어도 20dB까지 감쇠하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.The energy attenuated in the tail is attenuated by at least 20 dB within 1.5 times the pulse duration. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 펄스 기간은 특정 크기의 함수 인 것을 특징으로 하는 목표재료 처리 방법.The pulse duration is a function of a specific magnitude. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 특정된 크기는 레이저 파장이하인것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.Energy efficiency method, characterized in that the specified size is below the laser wavelength. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 레이저는 높은 속도, 반도체 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.And the laser is a high speed, semiconductor laser diode. 제 34항에 있어서,The method of claim 34, 약 1.1㎛이하의 제 1 파장과 제 2 파장은 약 1.1㎛인 것을 특징으로 하는 목표재료 처리 방법.The first and second wavelengths of about 1.1 μm or less are about 1.1 μm. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 스폿은 크기가 약 1㎛-4㎛인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.Energy efficiency method, characterized in that the spot is about 1㎛-4㎛ in size. 제 34항에 있어서,The method of claim 34, 레이저 다이오드는 다중모드 다이오드 레이저인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.The laser diode is an energy efficiency method, characterized in that the multimode diode laser. 제 34항에 있어서,The method of claim 34, 레이저 다이오드는 분포된 블랙 반사기(DBR), 분포된 피드백(DFB) 또는 외부 중공 디자인을 이용하는 단일 주파수 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 방법.The laser diode method is an energy efficiency method characterized in that the single frequency laser diode using a distributed black reflector (DBR), distributed feedback (DFB) or an external hollow design. 목표재료를 포위하는 재료의 전기적 또는 물리적 특성의 바람직하지 않은 변경을 크게 야기하지 않고 마이크로스포픽 영역에서의 특정한 크기를 갖는 목표재료를 처리하는 에너지 효율 시스템에 있어서,In an energy efficient system for treating a target material having a particular size in the microscopic area without causing significant undesirable alteration of the electrical or physical properties of the material surrounding the target material, 처리 제어 신호를 발생하는 컨트롤러와;A controller for generating a processing control signal; 처리 제어 신호를 기반으로하여 변조된 구동 파형을 발생하는 신호 발생기와, 상기 파형은 서브 나노초 상승 시간을 가지며;A signal generator for generating a modulated drive waveform based on the process control signal, the waveform having a sub nanosecond rise time; 제 1 파장을 가지며, 반복속도로 레이저 펄스를 발생하는 이득 스위치된 펄스 시드 레이저와; 이 구동 파형은 펄스 트레인의 각각의 펄스가 소정의 형상을 가지도록 상기 레이저를 펌프하며;A gain switched pulse seed laser having a first wavelength and generating a laser pulse at a repetition rate; The drive waveform pumps the laser such that each pulse of the pulse train has a predetermined shape; 펄스의 소정의 형상을 크게 변경하지 않고 펄스 트레인을 광학적으로 증폭하는 섬유 증폭기 서브 시스템과; 상기 서브 시스템은 증폭된 파장 이동된 펄스 트렝인을 얻기 위해 제 1파장과 다른 제 2 파장에 대한 제 파장을 제어할 수 있게 이동하는 파장 시프터를 포함하며, 각각의 증폭된 펄스는 실질적으로 사각형의 임시 전력 밀도 분포, 날카로운 상승 시간, 펄스 기간 및 하강시간을 가지며;A fiber amplifier subsystem for optically amplifying the pulse train without significantly altering the desired shape of the pulse; The subsystem includes a wavelength shifter that moves to control the first wavelength for a second wavelength that is different from the first wavelength to obtain an amplified wavelength shifted pulse train, wherein each amplified pulse is substantially square. Temporary power density distribution, sharp rise time, pulse duration and fall time; 증폭된 파장 이동된 펄스 트레인의 최소한의 부분을 목표재료의 스폿에 전달하여 집속하는 비임 전달 및 집속 서브시스템; 상승시간은 레이저 에너지를 목표재료에 효율적으로 연결하기에 충분히 빠르며, 펄스 기간은 목표 재료를 처리하기에 충분하고, 하강시간은 목표재료를 포위하는 재료에 대한 바람직하지 않은 변경을 방지하기에 충분히 빠르며, 제 2 파장은 제 1 파장보다 목표재료에 레이저 에너지를 더 효율적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.A beam delivery and focusing subsystem for delivering and focusing at least a portion of the amplified wavelength shifted pulse train to a spot of target material; The rise time is fast enough to efficiently connect the laser energy to the target material, the pulse duration is sufficient to process the target material, the fall time is fast enough to prevent undesirable changes to the material surrounding the target material. And the second wavelength couples the laser energy more efficiently to the target material than the first wavelength. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 섬유 증폭기 서브 시스템은 증폭된 파장이 이동된 펄스 트레인의 대역을 좁게 하기위해 시프터에 연결된 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.The fiber amplifier subsystem includes a filter coupled to the shifter to narrow the band of the pulse train to which the amplified wavelength is shifted. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 목표재료는 마이크로구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.And the target material comprises a microstructure. 제 41항에 있어서,42. The method of claim 41 wherein 마이크로 구조는 전도 라인인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.Energy efficient system, characterized in that the micro structure is a conducting line. 제 42항에 있어서,The method of claim 42, 전도 라인은 금속라인이고, 펄스 기간은 금속 라인의 특정된 부분을 효과적으로 가열하여 증발하기에 충분한 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.The conducting line is a metal line and the pulse duration is sufficient to effectively heat and evaporate a specified portion of the metal line. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 목표재료는 반도체 장치의 부분인 것을 특징으로 하는 에너지 요율 시스템.An energy rate system, wherein the target material is part of a semiconductor device. 제 44항에 있어서,The method of claim 44, 반고체는 실리콘 반도체 장치이고, 제 2 파장은 실리콘의 흡수에지에 있는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.The semi-solid is a silicon semiconductor device and the second wavelength is at the absorption edge of silicon. 제 44항에 있어서,The method of claim 44, 반도체는 반도체 메모리인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.The semiconductor is an energy efficiency system, characterized in that the semiconductor memory. 제 46항에 있어서,The method of claim 46, 메모리는 적어도 16 및 최고 256메가비트의 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.And the memory has a density of at least 16 and up to 256 megabits. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 목표 재료를 포위하는 재료의 최소한의 부분은 기판인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.At least a portion of the material surrounding the target material is a substrate. 제 48항에 있어서,The method of claim 48, 기판은 반도체 기판인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.The energy efficiency system, characterized in that the substrate is a semiconductor substrate. 제 44항에 있어서,The method of claim 44, 반도체는 마이크로일렉트로 메카니컬 장치인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.The semiconductor is an energy efficient system, characterized in that the microelectromechanical device. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 목표재료는 마이크로전자 장치의 부분인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.Energy efficient system, characterized in that the target material is part of a microelectronic device. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 실질적으로 사각형의 임시 전력 밀도는 목표재료를 실질적으로 완전히 제거하기에 충분한 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.The substantially rectangular temporary power density is sufficient to substantially remove the target material substantially. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 상승시간은 1나노초이하 인것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.Energy efficiency system, characterized in that the rise time is less than 1 nanosecond. 제 53항에 있어서,The method of claim 53, 상승시간은 .5나노초이하 인것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.Energy efficiency system, characterized in that the rise time is less than .5 nanoseconds. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 펄스 기간은 10나노초이하 인것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.Energy efficiency system, characterized in that the pulse period is less than 10 nanoseconds. 제 55항에 있어서,The method of claim 55, 펄스 기간은 5나노초이하인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.Energy efficiency system, characterized in that the pulse period is less than 5 nanoseconds. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 하강시간은 2나노초이하 인것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.Energy efficiency system, characterized in that the fall time is less than 2 nanoseconds. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 단일 증폭된 펄스는 목표재료를 처리하는데 충분한 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.A single amplified pulse is sufficient to process the target material. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 목표 재료는 증폭된 펄스에 대한 반사률을 가지며, 증폭된 펄스의 전력 밀도는 증폭된 펄스에 대한 목표재료의 반사률를을 감소시키고 목표재료에 대한 레이저 에너지의 효율적인 연결을 제공하는데 충분히 높은 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.The target material has a reflectance for the amplified pulse, and the power density of the amplified pulse is high enough to reduce the reflectance of the target material for the amplified pulse and provide an efficient connection of laser energy to the target material. Energy efficiency system. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 목표재료를 포위하는 재료는 광학적인 특성과, 목표재료의 상응하는 특성과 다른 열확산 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.The material surrounding the target material has an optical property and a thermal diffusion property different from the corresponding property of the target material. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 목표재료를 포위하는 재료는 광학적 특성 및 목표재료의 상응하는 특성과 다른 열확산 특성를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.An energy efficiency system, characterized in that the material surrounding the target material has thermal properties that differ from the optical and corresponding properties of the target material. 제 61항에 있어서,62. The method of claim 61, 광학 특성은 흡수를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.And the optical characteristic comprises absorption. 제 61항에 있어서,62. The method of claim 61, 광학 특성은 분극 민감도를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.And the optical characteristic comprises polarization sensitivity. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 반복속도는 적어도 1000펄스/초인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.And the repetition rate is at least 1000 pulses / second. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 각각의 증폭된 펄스는 에너지의 적어도 .1 및 최대 3마이크로 주울을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.Wherein each amplified pulse has at least .1 and at most 3 micro Joules of energy. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 광학적으로 증폭하는 단계는 적어도 20DB의 이득을 제공하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.Optically amplifying provides energy gain of at least 20 DB. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 상승시간과 하강시간 모두는 펄스 기간의 1/2이하 이고, 각각의 증폭된 펄스의 피크 전력은 상승시간과 하강시간사이에서 실질적으로 일정한 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.Both rise time and fall time are less than one half of the pulse duration, and the peak power of each amplified pulse is substantially constant between rise time and fall time. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 섬유 증폭기는 광파이버 펌프하기 위해 광 파이버를 포함하며, 이 펌프는 시드레이저와 구별되는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.The fiber amplifier comprises an optical fiber for pumping the optical fiber, the pump being distinguished from the laser laser. 제 68항에 있어서,The method of claim 68, wherein 파장 시프터는 광 파이버인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.An energy efficiency system, wherein the wavelength shifter is an optical fiber. 제 69항에 있어서,The method of claim 69, 펌프는 제 3파장에서 광파이버를 펌프하고, 제 1파장과 제 3파장사이의 파장차이는 광파이버의 진동 천이에 해당하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.The pump pumps the optical fiber at the third wavelength, and the wavelength difference between the first wavelength and the third wavelength corresponds to the vibration transition of the optical fiber. 제 68항에 있어서,The method of claim 68, wherein 펌프는 고전력 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.Energy efficient system, characterized in that the pump is a high power laser diode. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 시드 레이저는 레이저 다이오드르 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.Seed laser is an energy efficiency system comprising a laser diode. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 각각의 펄스는 펄스 기간중 10%내에서 일시적 전력 밀도 분포를 일정하게 하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.Wherein each pulse maintains a temporary power density distribution within 10% of the pulse duration. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 각각의 증폭된 펄스는 테일을 가지며, 펄스의 전력양을 실질적으로 유지하면서 증폭된 펄스의 하강시간을 감소하기 위해 증폭된 펄스의 테일에서의 레이저 에너지를 감쇠하는 감쇠기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.Each amplified pulse has a tail, further comprising an attenuator for attenuating the laser energy at the tail of the amplified pulse to reduce the fall time of the amplified pulse while substantially maintaining the power amount of the pulse. Energy efficiency system. 제 74항에 있어서,The method of claim 74, wherein 감쇠기는 펄스 기간의 1.5배내에서 적어도 10dB까지 테일의 레이저 에너지를 감쇠하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.An attenuator attenuates the laser energy of the tail by at least 10 dB within 1.5 times the pulse duration. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 펄스 기간은 특정의 크기의 기능인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.An energy efficiency system, characterized in that the pulse duration is a function of a particular magnitude. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 특정 크기는 파장이하 인것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.Energy efficiency system, characterized in that the specific size is less than the wavelength. 제 72항에 있어서,The method of claim 72, 제 1 파장은 약 1.1㎛이하이고 제 2 파장은 약 1.1㎛인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.An energy efficiency system, wherein the first wavelength is about 1.1 μm or less and the second wavelength is about 1.1 μm. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 스폿은 크기가 약 1㎛-4㎛인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.An energy efficient system, wherein the spot is about 1 μm-4 μm in size. 제 72항에 있어서,The method of claim 72, 레이저 다이오드는 다중모드 아이오드 레이저인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.The laser diode is an energy efficiency system, characterized in that the multimode ion laser. 제 72항에 있어서,The method of claim 72, 레이저 다이오드는 분포 브랙 반사기(DBR), 분포 피드백(DFB) 또는 외부 중공 디자인을 이용하는 단일 주파수 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.The laser diode is an energy efficiency system characterized in that it is a single frequency laser diode using a distributed brack reflector (DBR), distributed feedback (DFB) or an external hollow design. 제 72항에 있어서,The method of claim 72, 펌프는 이득 스위치된 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.The pump is a gain switched laser diode. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 광학 스위치와 이 광학 스우치에 연결된 컴퓨터와 펄스트레인의 재료 처리 펄스를 선택하는 서브시스템에 연결되고 목표재료에 대한 선택된 펄스의 제어우치에 연결된 컴퓨터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.And a computer coupled to the optical switch and a computer coupled to the optical switch and a subsystem coupled to a subsystem for selecting material processing pulses of the pulse train and coupled to a control latch of the selected pulse for the target material. 제 68항에 있어서,The method of claim 68, wherein 광파이브는 단일 모드 광파이버이고 펌프는 펌프 다이오드인 것을 특징으로 하는 에너지 효율 시스템.The optical fiber is a single mode optical fiber and the pump is a pump diode.
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